問題詳情:
“太空粒子探測器”是由加速、偏轉和收集三部分組成。其原理可簡化如下:如圖所示,輻*狀的加速電場區域邊界爲兩個同心平行半圓弧面,圓心爲M,外圓弧面AB與內圓弧面CD的電勢差爲U。圖中偏轉磁場分佈在以P爲圓心,半徑爲3R的圓周內,磁感應強度大小爲B,方向垂直紙面向外;內有半徑爲R的圓盤(圓心在P處)作爲收集粒子的裝置,粒子碰到圓盤邊緣即被吸收。假設太空中漂浮着質量爲m,電量爲q的帶正電粒子,它們能均勻地吸附到AB圓弧面上,並被加速電場從靜止開始加速,從M點以某一速率向右側各個方向*人偏轉磁場,不計粒子間的相互作用和其他星球對粒子引力的影響。
(1)粒子到達M點的速率?
(2)若電勢差U=2qB2R2/m,則粒子從M點到達圓盤的最短時間是多少?
【回答】
解:(1)設粒子到達M點的速度爲v,
由動能定理 qU=mv2(2分)
解得v=(1分)
(2)將U=代入 v==(1分)
設該粒子軌跡半徑爲r,根據qvB=m得r=2R(2分)
若要時間最短,則粒子在磁場中運動的弦長最短,故從M斜向上*入,到達圓盤的粒子用時最短
由幾何關係可知 ME=E0=0M=2R 故∠M0E=60° 得tmin=T(3分)
T=(1分)
tmin=(1分)
知識點:專題六 電場和磁場
題型:計算題