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如图,匀强磁场磁感应强度为B,宽度为d,方向垂直纸面向里,在磁场右边缘放有大平板MN,板面与磁场平行,一质量为m,带电量为+q的粒子(重力不计),从图示位置由静止开始被电场加速,求:
(1)粒子进入磁场的初速度v0与加速电压U的关系.
(2)能使粒子打到平板MN的加速电压U最小值是多少?
分析:(1)粒子在电场中由静止开始加速,电场力做功qU,根据动能定理求解即可;
(2)粒子进入磁场后受到洛伦兹力做匀速圆周运动,当轨迹恰好与MN相切时,轨迹半径最小,对应的速率最小,加速电压最小.先根据几何关系求出最小的轨迹半径,再根据洛伦兹力提供向心力列式,求出粒子的速率,由上题结论求解U的最小值.
解答:解:(1)在电场中,根据动能定理得:qU=
1
2
m
v
2
0
,则得:v0=
2qU
m

(2)粒子进入磁场后受到洛伦兹力做匀速圆周运动,当轨迹恰好与MN相切时,轨迹半径最小,由几何知识可知最小的轨迹半径为:r=d
粒子在磁场中由洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律得:qvB=m
v2
r

联立以上两式解得,v=
qBd
m

由上题的结论可知:v=
2qUmin
m

联立上两式解得,加速电压U最小值 Umin=
qB2d2
2m

答:(1)粒子进入磁场的初速度v0与加速电压U的关系是
2qU
m
..
(2)能使粒子打到平板MN的加速电压U最小值是
qB2d2
2m
点评:运用动能定理求解加速获得的速度.画出轨迹,由几何知识求出磁场中轨迹的半径都是常用的方法和思路,要加强这方面的练习.
练习册系列答案
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如图所示,在真空中半径r=3.0×10-2 m的圆形区域内,有磁感应强度B=0.2T,方向如图的匀强磁场,一批带正电的粒子以初速度v0=1.0×106 m/s,从磁场边界上直径ab的一端a沿着各个方向射入磁场,且初速度方向与磁场方向都垂直,该粒子的比荷为q/m=1.0×108 C/kg,不计粒子重力.求:
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qm
=1.0×108
C/kg,不计粒子重力.求:
(1)粒子在磁场中运动的最长时间.
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(2)能使粒子打到平板MN的加速电压U最小值是多少?

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