Question

【题目】如图所示，K与虚线MN之间是加速电场，虚线MN与PQ之间是匀强电场，虚线PQ与荧光屏之间是匀强磁场，且MN均与荧光屏三者互相平行，电场和磁场的方向如图所示，图中A点与O点的连线垂直于荧光屏．一带正电的粒子初速度为0，经加速电场加速后从A点离开，速度方向垂直于偏转电场方向射入偏转电场，在离开偏转电场后进入匀强磁场，最后恰好垂直地打在荧光屏上．已知电场和磁场区域在竖直方向足够长，加速电场电压与偏转电场的场强关系为U= ，式中的d是偏转电场的宽度，磁场的磁感应强度B与偏转电场的电场强度E和带电粒子离开加速电场的速度vo关系符合表达式 若题中只有偏转电场的宽度d为已知量，不计粒子重力，则：

（1）画出带电粒子轨迹示意图；
（2）磁场的宽度L为多少？
（3）带电粒子在电场和磁场中垂直于vo方向的偏转距离分别是多少？

Answer 1

【答案】
（1）解：粒子先做加速，再做类平抛运动，最后做圆周运动，垂直打在板上，轨迹如下图所示：

（2）解：粒子在加速电场中，由动能定理可知：

Uq= mv02

粒子在匀强电场中做类平抛运动，设偏转角为θ，有tanθ=

vy=at

a=

t=

U= Ed

解得：θ=45°

带电粒子离开电场偏转电场的速度为 v0；

粒子在磁场中运动，由牛顿第二定律有：

Bqv=m

在磁场中偏转的半径为R= = = = d

由图可知，磁场宽度L=Rsinθ=d

（3）解：由图中几何关系可知，带电粒子在偏转电场中距离y1=0.5d；在磁场中偏转距离为R﹣Rcosθ=0.414d；

【解析】（1）粒子在加速电场中做匀加速直线运动，在偏转电场中中做平抛运动，在磁场中做匀速圆周运动，则可得带电粒了的轨迹示意图；（2）由动能定理可求得粒子离开加速电场时的动能；由平抛运动规律可求得粒子进入磁场时的速度大小及方向，由牛顿第二定律可求出粒子在磁场中的半径，由几何关系可求得磁场的宽度；（3）由平抛运动规律可求得带电粒子在电场中的偏转距离，由几何关系可求得在磁场中的偏转距离．