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【题目】如图所示,圆心为O、半径为R的圆形区域I内有磁感应强度大小为B1、方向垂直纸面向外的匀强磁场,磁场区域I右侧有一宽度也为R、足够长区域Ⅱ,区域Ⅱ内有方向向右的匀强电场,区域Ⅱ左右边界CD、FG与电场垂直,区域I边界上过A点的切线与电场线平行且与FG交于G点,FG右侧为方向向外、磁感应强度大小为B2的匀强磁场区域Ⅲ。在FG延长线上距G点为R处的M点放置一长为3R的荧光屏MN,荧光屏与FG成θ=53°角。在A点处有一个粒子源,能沿纸面向区域I内各个方向均匀地发射大量质量为m、带电荷量为+q且速率相同的粒子,其中沿AO方向射入磁场的粒子,恰能平行于电场方向进入区域Ⅱ并垂直打在荧光屏上(不计粒子重力及其相互作用)

(1)求粒子的初速度大小v0和电场的电场强度大小E;

(2)求荧光屏上的发光区域长度△x;

(3)若改变区域Ⅲ中磁场的磁感应强度大小,要让所有粒子全部打中荧光屏,求区域Ⅲ中磁场的磁感应强度大小应满足的条件。

【答案】(1) ; (2) (3)

【解析】(1)如图甲所示,分析可知,粒子在区域I中的运动半径为R,由向心力

公式可得,解得

因粒子垂直打在荧光屏上,由题意可知,在区域Ⅲ中的运动半径为2R,由向心力公式可得,解得

粒子在电场中加速运动,由动能定理得

解得电场强度大小

(2)如图乙所示,

分析可知,速度方向与电场方向平行向左射入区域I中的粒子将平行电场方向从区域I中最高点穿出,打在离M点x1处的屏上,由几何关系得

解得

速度方向与电场方向平行向右射人区域I中的粒子将平行电场方向从区域I中最低点穿出,打在离M点处的屏上,由几何关系得

解得

分析可知所有粒子均未平行于FG方向打在板上,因此荧光屏上的发光区域长度。

(3)如图丙所示,

从区域I中最高点穿出的粒子恰好打在M点时,有

由向心力公式有,解得

若粒子平行于FG方向打中N点时,由几何关系得

粒子在区域中的射入点距离M点,显然粒子不可能平行于FG方向打中N点

即从G点进入区域Ⅲ打中N点的粒子运动半径为最大允许半径,由几何关系得

得由向心力公式有,解得

要让所有粒子全部打中荧光屏,区域Ⅲ中的磁感应强度大小应满是的条件是:

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(1)A、B两位同学进行图甲所示的实验目的是为了确定什么物理量?请用m、d、g表示所求的物理量________.

(2)如果Ep= kL2成立,

A同学测出的物理量l′与d,H的关系式是:l′=________.

B同学测出的物理量l与d,h、L的关系式是:l=________.

(3)试分别分析两位同学实验误差的主要来源:__________________________________.

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