Question

【題目】如圖是某研究機構進行帶電粒子回收試驗的原理圖．一群分布均勻的正離子以水平速度進入水平放置的平行金屬板，正離子的比荷，己知金屬板的長度，間距為，板間的電勢差（下板為高電勢）．緊靠平行金屬板的左側(cè)有一豎直邊界，整個左側(cè)區(qū)域中都有垂直紙面向內(nèi)的勻強磁場．邊界的左側(cè)區(qū)域內(nèi)有一塊豎直放置的電荷收集板（厚度不計），收集板可以在平面內(nèi)上下左右平移并且長度可以調(diào)節(jié)，當離子碰到收集板左側(cè)或右側(cè)時會立即被吸收．整個裝置置于真空環(huán)境中，不考慮離子的重力及離子間的相互作用，忽略離子運動對電場和磁場的影響和極板的邊緣效應．

(1)求能進入左側(cè)區(qū)域的離子在電場中的側(cè)移量；

(2)若沒有放罝收集板，要使所有進入左側(cè)區(qū)域的離子都能從左側(cè)的豎直邊界返回到平行金屬板內(nèi)，求左側(cè)的區(qū)域勻強磁場的磁感應強度大小應滿足的條件；

(3)若左側(cè)磁場的磁感應強度分別為、，要使所有進入左側(cè)區(qū)域的離子都能被收集板收集，求對應收集板的最短長度．

Answer 1

【答案】(1) 0.05m (2) B<0.4T (3)

【解析】

由題意可知考查帶電粒子在電場、磁場中運動規(guī)律，根據(jù)類平拋運動、勻速圓周運動的特點分析計算可得．

帶電粒子在電場中做類平拋運動，水平方向做勻速直線運動，設運動時間為t，則有

豎直方向做勻加速直線運動

(2)

取臨界條件分析，從下極板射入磁入的粒子先做類平拋運動，進入磁場后做逆時針方向的勻速圓周運動，

設進入磁場時的速度為v，則

與豎直方向夾角為45°

AB=y=0.05m，由幾何關系可求得做勻速圓周運動的半徑

洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律可得

聯(lián)立可得

磁感應強度越大，粒子做圓周運動的半徑越小，粒子越能返回到平行金屬板，故左側(cè)的區(qū)域勻強磁場的磁感應強度大小應滿足的條件B<0.4T

（3）由題意可知收集板的最短長度EF的長度，

洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律可得

代入數(shù)值可得

同理當磁感應強度為B2，可求得

x2=