Question

（16分）如圖所示，S粒子源能夠產(chǎn)生大量的質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子（重力不計(jì)）。粒子從O₁孔進(jìn)入一個(gè)水平方向的加速電場(chǎng)（初速不計(jì)），再經(jīng)小孔O₂進(jìn)入相互正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B₁，方向如圖。虛線PQ、MN之間存在著水平向右的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)范圍足夠大，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B₂。一塊折成直角的硬質(zhì)塑料片abc（不帶電，寬度、厚度都很小可以忽略不計(jì)）放置在PQ、MN之間，截面圖如圖，a、c兩點(diǎn)分別位于PQ、MN上，ab=bc=L，α= 45º。粒子能沿圖中虛線O₂O₃的延長(zhǎng)線進(jìn)入PQ、MN之間的區(qū)域。

⑴求加速電壓U₁；
⑵假設(shè)粒子與硬質(zhì)塑料板相碰后，速度大小不變，方向變化遵守光的反射定律，那么粒子與塑料片第一次相碰后到第二次相碰前做什么運(yùn)動(dòng)？
⑶粒子在PQ、MN之間的區(qū)域中運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間t和總路程s分別是多少？

Answer 1

(1)  
(2)粒子碰到ab后以大小為v₀的速度垂直磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，在洛侖茲作用下在垂直于磁場(chǎng)的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)過(guò)一周后達(dá)到ab的下部．
(3)   

試題分析：（1）粒子在正交場(chǎng)中做勻速運(yùn)動(dòng)，Eq=qv₀B₁，則,由動(dòng)能定理得 qU₁=得 ,即加速電壓為．
（2）粒子碰到ab后以大小為v₀的速度垂直磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，在洛侖茲作用下在垂直于磁場(chǎng)的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)過(guò)一周后達(dá)到ab的下部．
（3）由和，得粒子在磁場(chǎng)中共碰板2次，做圓周運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為 t₁=2T；粒子進(jìn)入磁場(chǎng)中，在水平方向的總位移s=L，經(jīng)歷時(shí)間為，因此粒子在PQ、MN之間的區(qū)域中運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間t=t₁+t₂=。粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為，因此總路程。