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(2014•临沂三模)一圆筒的横截面如图所示,其圆心为O,筒内有垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B.圆筒左侧有相距

来源:学生作业帮 编辑:搜搜做题作业网作业帮 分类:综合作业 时间:2024/04/30 02:42:47
(2014•临沂三模)一圆筒的横截面如图所示,其圆心为O,筒内有垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B.圆筒左侧有相距为d的平行金属板M、N其中M板带正电荷,N板带等量负电荷.质量为m、电荷量为q的带正电粒子自M板边缘的P处由静止释放,经N板的小孔S以速度v沿半径SO方向射入磁场中.粒子与圈筒发生3次碰撞后仍从S孔射出.设粒子与圆筒碰撞过程中没有动能损失,且电荷量保持不变,在不计重力的情况下,求:
(1)M、N间电场强度E的大小;
(2)圆筒的半径R;
(3)欲使粒子仍从M板边缘的P处由静止释放,进入圆筒后与圆筒的碰撞2次后从S孔射出,在保持M、N间电场强度E不变的情况下,应如何平移M板?
(2014•临沂三模)一圆筒的横截面如图所示,其圆心为O,筒内有垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B.圆筒左侧有相距
(1)设两板间的电压为U,由动能定理得:qU=
1
2mv2-0…①
由匀强电场中电势差与电场强度的关系得:U=Ed…②
联立上式可得:E=
mv2
2qd…③
(2)粒子进入磁场后做匀速圆周运动,圆半径为r,
由几何知识可知,粒子转过的圆心角为:
π
2,
由几何关系得:r=R…④
粒子运动过程中洛伦兹力充当向心力,
由牛顿第二定律,得:qvB=m
v2
r…⑤
联立④⑤式得:R=
mv
qB…⑥;
(3)粒子进入磁场后做匀速圆周运动,粒子运动轨迹如图所示,
由几何知识可知,粒子转过的圆心角为:
π
3,r′=Rtan
π

粒子运动过程中洛伦兹力充当向心力,
由牛顿第二定律,得:qvB=m
v′2
r′,
解得:v′=
3v,
由动能定理得:qU′=
1
2mv′2-0,
解得:
U′
U=
v′2
v2,
U′=3U=Ed′,d′=3d,
则M板向左平移的距离:
△d=d′-d=2d;
答:(1)M、N间电场强度E的大小为:
mv2
2qd;
(2)圆筒的半径R为
mv
qB;
(3)M板应向左平移2d距离.
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