Question

（19分）如圖所示，帶電平行金屬板PQ和MN之間的距離為d；兩金屬板之間有垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應強度大小為B。如圖建立坐標系，x軸平行于金屬板，與金屬板中心線重合，y軸垂直于金屬板。區(qū)域I的左邊界在y軸，右邊界與區(qū)域II的左邊界重合，且與y軸平行；區(qū)域II的左、右邊界平行。在區(qū)域I和區(qū)域II內分別存在勻強磁場，磁感應強度大小均為B，區(qū)域I內的磁場垂直于Oxy平面向外，區(qū)域II內的磁場垂直于Oxy平面向里。一電子沿著x軸正向以速度v₀射入平行板之間，在平行板間恰好沿著x軸正向做直線運動，并先后通過區(qū)域I和II。已知電子電量為e，質量為m，區(qū)域I和區(qū)域II沿x軸方向寬度均為。不計電子重力。

（1）求兩金屬板之間電勢差U；

（2）求電子從區(qū)域II右邊界射出時，射出點的縱坐標y；

（3）撤除區(qū)域I中的磁場而在其中加上沿x軸正向的勻強電場，使得該電子剛好不能從區(qū)域II的右邊界飛出。求電子兩次經過y軸的時間間隔t。

 

Answer 1

（1）；（2）；（3）。

解析:（1）電子在平行板間做直線運動，電場力與洛倫茲力平衡

　　　　　   即    2分

　　　    所以，    2分

（2）如圖所示，

電子進入區(qū)域I做勻速圓周運動，向上偏轉，洛倫茲力提供向心力　　          1分

所以，      2分

設電子在區(qū)域I中沿著y軸偏轉距離為 y0，區(qū)域I的寬度為b（b=），則    2分

代入數(shù)據，解得     1分

電子在兩個磁場中有相同的偏轉量。

電子從區(qū)域II射出點的縱坐標     1分

（3）電子剛好不能從區(qū)域II的右邊界飛出，說明電子在區(qū)域II中做勻速圓周運動的軌跡恰好與區(qū)域II的右邊界相切，圓半徑恰好與區(qū)域II寬度相同。電子運動軌跡如下圖所示。

設電子進入區(qū)域II時的速度為，則　    　，所以    1分

電子通過區(qū)域I的過程中，向右做勻加速直線運動， 此過程中

平均速度  1分

電子通過區(qū)域I的時間 （b為區(qū)域I的寬度）

解得：     2分

電子在區(qū)域II中運動了半個圓周，設電子做

圓周運動的周期為T，則

　　　　　     1分

電子在區(qū)域II中運動的時間

    1分

電子反向通過區(qū)域I的時間仍為。

所以， 電子兩次經過y軸的時間間隔

  2分