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如图所示,真空室内竖直条形区域I存在垂直纸面向外的匀强磁场,条形区域Ⅱ(含I、Ⅱ区域分界面)存在水平向右的匀强电场,电场强度为E,磁场和电场宽度均为L且足够长,M、N为涂有荧
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如图所示,真空室内竖直条形区域I存在垂直纸面向外的匀强磁场,条形区域Ⅱ(含I、Ⅱ区域分界面)存在水平向右的匀强电场,电场强度为E,磁场和电场宽度均为L且足够长,M、N为涂有荧光物质的竖直板.现有一束质子从A处连续不断地射入磁场,入射方向与M板成60°夹角且与纸面平行如图,质子束由两部分组成,一部分为速度大小为v的低速质子,另一部分为速度大小为3v的高速质子,当I区中磁场较强时,M板出现两个亮斑,缓慢改变磁场强弱,直至亮斑相继刚好消失为止,此时观察到N板有两个亮斑.已知质子质量为m,电量为e,不计质子重力和相互作用力,求:
(1)此时I区的磁感应强度;
(2)N板两个亮斑之间的距离.
(1)此时I区的磁感应强度;
(2)N板两个亮斑之间的距离.
▼优质解答
答案和解析
(1)此时低速质子速度恰好与两场交界相切且与电场方向垂直,在磁场中运动半径为R1
evB=m
①
R1+R1cos60°=L ②
由①②得 B=
③
(2)高速质子轨道半径 R2=3R1 ⑥
由几何关系知此时沿电场线方向进入电场,到达N板时与A点竖直高度差
h1=R2(1-sin60°) ⑦
低速质子在磁场中偏转距离
h2=R1sin60° ⑧
在电场中偏转距离
h3=vt′⑨
在电场中时间 t′,L=
at′2 ⑩
eE=ma (11)
由②⑥⑦⑧⑨⑩(11)得
亮斑PQ间距 h=h1+h2+h3=(2−
)L+v
答:(1)此时I区的磁感应强度为
;
(2)N板两个亮斑之间的距离为(2−
)L+v
.
evB=m
v2 |
R1 |
R1+R1cos60°=L ②
由①②得 B=
3mv |
2eL |
(2)高速质子轨道半径 R2=3R1 ⑥
由几何关系知此时沿电场线方向进入电场,到达N板时与A点竖直高度差
h1=R2(1-sin60°) ⑦
低速质子在磁场中偏转距离
h2=R1sin60° ⑧
在电场中偏转距离
h3=vt′⑨
在电场中时间 t′,L=
1 |
2 |
eE=ma (11)
由②⑥⑦⑧⑨⑩(11)得
亮斑PQ间距 h=h1+h2+h3=(2−
2
| ||
3 |
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答:(1)此时I区的磁感应强度为
3mv |
2eL |
(2)N板两个亮斑之间的距离为(2−
2
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3 |
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