图中左边有一对平行金属板,两板相距为d,电压为U,两板之间有匀强磁场,磁感应强度大小为B0,方向与金属板面平行并垂直于纸面朝里.图中右边有一半径为R、圆心为O的圆形区域,区域内也存在匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面朝里.一质量为m的正离子沿平行于金属板面、垂直于磁场的方向射入平行金属板之间,沿同一方向射出平行金属板之间的区域,并沿直径EF方向射入磁场区域,最后从圆形区域边界上的G点射出.已知弧FG所对应的圆心角为θ,不计重力.求:(1)离子速度v的大小; (2)离子的电量q等于?

问题描述:

图中左边有一对平行金属板,两板相距为d,电压为U,两板之间有匀强磁场,磁感应强度大小为B0,方向与金属板面平行并垂直于纸面朝里.图中右边有一半径为R、圆心为O的圆形区域,区域内也存在匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面朝里.一质量为m的正离子沿平行于金属板面、垂直于磁场的方向射入平行金属板之间,沿同一方向射出平行金属板之间的区域,并沿直径EF方向射入磁场区域,最后从圆形区域边界上的G点射出.已知弧

FG
所对应的圆心角为θ,不计重力.
求:(1)离子速度v的大小; 
(2)离子的电量q等于?

(1)离子在平行金属板之间做匀速直线运动,
由平衡条件得:qvB0=qE0         ①
已知电场强度:E0=

U
d
             ②
由①②式解得:v=
U
dB0
          ③
(2)离子在圆形磁场区域做匀速圆周运动,轨迹如图所示:

由牛顿第二定律得:qvB=m
v2
r
         ④
由几何关系得:r=Rcot 
θ
2
            ⑤
解得:q=
mU
BB0Rdcot
θ
2

答:(1)离子速度v的大小为
U
dB0
; 
(2)离子的电量q=
mU
BB0Rdcot
θ
2

答案解析:(1)离子在电磁场中做匀速直线运动,由平衡条件可以求出离子的速度.
(2)离子在匀强磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律可以求出离子的电荷量.
考试点:带电粒子在匀强磁场中的运动;牛顿第二定律;向心力.
知识点:该题考查了带电粒子在匀强电场和匀强磁场中的运动,在混合场中要注意对离子的受力分析;在磁场中要掌握住轨道半径公式、周期公式,画出粒子的运动轨迹后,半径和偏转角的几何关系就比较明显了.