1.速度选择器
正交的匀强磁场和匀强电场组成速度选择器。
带电粒子必须以唯一确定的速度(包括大小、方向)才能匀速(或者说沿直线)通过速度选择器。
否则将发生偏转。
这个速度的大小可以由洛伦兹力
和电场力的平衡得出:qvB=Eq ,B
E
v 。
在本图中,速度方向必须
向右。
(1)这个结论与离子带何种电荷、电荷多少都无关。
(2)若速度小于这一速度,电场力将大于洛伦兹力,带电粒子向电场力方向偏转,电场力做正功,动能将增大,洛伦兹力也将增大,粒子的轨迹既不是抛物线,也不是圆,而是一条复杂曲线;
若大于这一速度,将向洛伦兹力方向偏转,电场力将做负功,动能将减小,洛伦兹力也将减小,轨迹是一条复杂曲线。
1、如图示,两平行板间有强度为E 的匀强电场,方向竖直向下,一带电量为q 的负粒子(重力不计)垂直于电场方向以速度v 飞入两板间,为了使粒子沿直线飞出,应在垂直纸面内加一个怎样的磁场,其磁感应强度为多大?
2方向如图示匀强磁场(场强B)和匀强电场(场强E)共存的场区,一电子沿垂直电场线和磁感线方向以速度υo 射入场区,则( )
A 、若υo >E/B,电子沿轨迹Ⅰ运动,出场区时速度υ> υo
B 、若υo >E/B,电子沿轨迹Ⅱ运动,出场区时速度υ< υo
C 、若υo <E/B,电子沿轨迹Ⅰ运动,出场区时速度υ> υo
D 、若υo <E/B,电子沿轨迹Ⅱ运动,出场区时速度υ< υo
3.如图41-A4所示,匀强电场方向竖直向上,匀强磁场的方向垂直纸面向外.有一正离子(不计重力),恰能沿直线从左向右水平飞越此区域.则( )
A .若电子从右向左水平飞入,电子也沿直线运动
B .若电子从右向左水平飞入,电子将向上偏
C .若电子从右向左水平飞入,电子将向下偏
D .若电子从右向左水平飞入,电子将向外偏
4 .如图3-9所示,水平放置的平行金属板a 、b 带有等量异种电荷,a 板带正电,两板间有垂直于纸面向里的匀强磁场,若一个带正电的液滴在两板间做直线运动,其运动的方向是( ) A .沿竖直方向向下 B .沿竖直方向向上 C .沿水平方向向左 D .沿水平方向向右
+
+ + + + + +
-
-
-
v
图41-A4
5如图41-A10所示,质量为m 、带电量为+q 的粒子,从两平行电极板正中央垂直电场线和磁感线方向以速度v 飞入.已知两板间距为d ,磁感应强度为B ,这时粒子恰能沿直线穿过电场和磁场区域(重力不计).现将磁感应强度增大到某值,则粒子将落到极板上,粒子落到极板上时的动能为____________.
6.三个带正电的粒子a 、b 、c(不计重力)以相同的动能水平射入相互垂直的电场、磁场中,轨迹如图41-B6所示.则可知它们的质量m a 、m b 、m c 大小次序 ,三个粒子中动能增加的是 粒子.
7. 某带电粒子从图中速度选择器左端由中点O 以速度v 0向右射去,从右端中心a 下方的b 点以速度v 1射出;若增大磁感应强度B ,该粒子将打到a 点上方的c 点,且有ac =ab ,则该粒子带___电;第二次射出时的速度为_____。
8.如图28所示,水平放置的两块带电金属板a 、b 平行正对。
极板长度为l ,板间距也为l ,板间存在着方向竖直向下的匀强电场和垂直于纸面向里磁感强度为B 的匀强磁场。
假设电场、磁场只存在于两板间的空间区域。
一质量为m 的带电荷量为q 的粒子(不计重力及空气阻力),以水平速度v 0从两极板的左端中间射入场区,恰好做匀速直线运动。
求:
(1)金属板a 、b 间电压U 的大小;
(2)若仅将匀强磁场的磁感应强度变为原来的2倍,粒子将击中上极板,
求粒子运动到达上极板时的动能大小; (3)若撤去电场,粒子能飞出场区,求m 、v 0、q 、B 、l 满足的关系;
(4)若满足(3)中条件,粒子在场区运动的最长时间。
9、两块板长为L=1.4m ,间距d=0.3m 水平放置的平行板,板间加有垂直于纸面向里,B=1.25T 的匀强磁场,如图所示,在两极板间加上如图所示电压,当t=0时,有一质量m=2⨯10-15Kg ,电量q=1⨯10-10C 带正电荷的粒子,以速度V o=4×103
m/s 从两极正中央沿与板面平行的方向射入,不计重力的影响,
(1)画出粒子在板间的运动轨迹 (2)求在两极板间运动的时间
a b
c o
v 0
v 0
E
图
28 B b
a q
l l
图41-A10
图41-B6
B
U + - V O
(a)
t/⨯10-4s
U/⨯103V
5 4 3 2 1 0.5 O
1.5
1.0 (b)
1.垂直纸面向里;B=E/v
2.B 、C 3 C 4 D 5
6 m c m b m a m c 7
8(1)U=lv 0B (2)
(3)
或 (4)
9第一个10-4s 有电场,洛伦兹力F=qE=5⨯10-7N (方向向下),f=qvB=5⨯10-7N(方向向上),粒子作匀速直线运动,位移为x=v o t=0.4m ;
第二个10-4s 无电场时,做匀速圆周运动,其周期为T=
qB
m
π2=1⨯10-4s, 半径为 R=
qB
m v
=6.4⨯10-2m<2d 不会碰到板,粒子可以转一周
可知以后重复上述运动
粒子可在磁场里作三个完整的圆周运动,其轨迹如图
(2)直线运动知
x L =4
.04.1=3.5 由图像可得,粒子转了3周,所以在两板间运动时间T ’=3.5t+3T=6.5⨯10-4s
v o t v o t 2
1
v o t v o t 图10-5。