Question

（10分）如图所示，两块相同的金属板正对着水平放置，金属板长为L，两板间距离为d。上极板的电势比下极板高U。质量为m、带电量为q的正离子束，沿两板间中心轴线以初速度υ₀进入两板间，最终都能从两板间射出。不计离子重力及离子间相互作用的影响。

（1）求离子在穿过两板的过程中沿垂直金属板方向上移动的距离y；

（2）若在两板间加垂直纸面的匀强磁场，发现离子束恰好沿直线穿过两板，求磁场磁感应强度B的大小和方向；

（3）若增大两板间匀强磁场的强度，发现离子束在穿过两板的过程中沿垂直金属板方向上移动的距离也为y，求离子穿出两板时速度的大小υ。

 

Answer 1

解：

（1）离子在穿过两板的过程中，只受与初速度v₀垂直的电场力F作用，且

F=qE

     两板间电场强度                                            【1分】

离子的加速度                                        【1分】

离子沿中心轴线方向做匀速直线运动，设离子穿过两板经历的时间为t，则L=v₀t

离子沿垂直金属板方向上做初速度为0的匀变速直线运动，则y=

解得                                                  【2分】

（2）离子束恰好沿直线穿过两板，说明离子受力平衡，即   qE=qv₀B        【1分】

     所以磁感应强度的大小       B=                               【1分】

     磁场的方向垂直纸面向里。                                         【1分】

（3）增大磁场的强度时，离子受洛伦兹力增大，所以离子会向上偏。在离子穿过极板的过程中，电场力做负功，根据动能定理得       【2分】

    解得离子穿出两板时的速度v==         【1分】