Question

如圖所示，質(zhì)量為m=8.0×10^-25kg，電荷量為q=1.6×10^-15C的帶正電粒子從坐標(biāo)原點(diǎn)O處沿xOy平面射入第一象限內(nèi)，且與x方向夾角大于等于30⁰的范圍內(nèi)，粒子射入時(shí)的速度方向不同，但大小均為v₀=2.0×10⁷m/s.現(xiàn)在某一區(qū)域內(nèi)加一方向向里且垂直于xOy平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=0.1T，若這些粒子穿過磁場(chǎng)后都能射到與y軸平行的熒光屏MN上，并且當(dāng)把熒光屏MN向左移動(dòng)時(shí)，屏上光斑長度和位置保持不變。求：

(1) 粒子從y軸穿過的范圍；

(2) 熒光屏上光斑的長度；

(3) 從最高點(diǎn)和最低點(diǎn)打到熒光屏MN上的粒子運(yùn)動(dòng)的時(shí)間差。

(4)畫出所加磁場(chǎng)的最小范圍（用斜線表示）

Answer 1

解：設(shè)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑為R，牛頓第二定律得：

   

解得R=0.1m                                            (2分)

當(dāng)把熒光屏MN向左移動(dòng)時(shí)，屏上光斑長度和位置保持不變,說明電子出射方向平行，都沿-x方向，所加磁場(chǎng)為圓形，半徑為R=0.1。                                   (1分)

(1)電子從y軸穿過的范圍 :

初速度沿y軸正方向的粒子直接過y軸   Ks5u                               (1分)

速度方向在與x方向成30⁰的粒子，轉(zhuǎn)過的角OO₂A 為120⁰，             (2分)

粒子從y軸穿過的范圍       0---R                             (1分) 

(2)如圖所示，初速度沿y軸正方向的粒子， y_C=R                  (1分) 

速度方向在與x方向成30⁰的粒子，轉(zhuǎn)過的圓心角OO₂B為150⁰       O₂OA==30⁰

y_B=R+Rcosθ                                    (2分) 

熒光屏上光斑的長度 (1+) R                     (2分) 

(3)例子旋轉(zhuǎn)的周期 T===×10^-8S                      (1分) 

在磁場(chǎng)中的時(shí)間差      t₁= T                                (1分)

出磁場(chǎng)后，打到熒光屏的時(shí)間差     t₂=                      (1分)

從最高點(diǎn)和最低點(diǎn)打到熒光屏MN上的粒子運(yùn)動(dòng)的時(shí)間差。

            t= t₁- t₂=（+0. 5）×10^-8S                        (1分)  

（4）3分