如图所示,在以O为圆心的圆形区域内,有一个方向垂直于纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小B=0.1T,圆半

2025-05-19 04:51:31
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(1)若离子由电场射出进入磁场后垂直打在荧光屏上,则离子在磁场中速度方向偏转了90°,离子在磁场中做圆周运动的径迹如图所示:

由几何知识可知,离子在磁场中做圆周运动的圆半径:
r1=R=10

3cm

设离子进入磁场时的速度为v1
qv1B=m
v
r1

得:r1
mv1
qB

设两金属板间的电压为U,离子在电场中加速,由动能定理有:
qU1
1
2
m
v

可得:U1
B2
r
q
2m

代入有关数值可得U1=60V也就是电压表示数为60V
(2)两金属板间的电压越小,离子经电场加速后速度也越小,离子在磁场中作圆周运动的半径越小,射出电场时的偏转角越大,在磁场中运动的时间越长,所以滑片在变阻器R2的左端时,离子在磁场中运动的时间最长.
由闭合电路欧姆定律有:
I=
E
R1+R2+r
=1A

两金属板间电压:
Umin=IR1=20V
qUmin
1
2
m
v
r2
mv2
qB

得:r2=0.1m

粒子进入磁场后的径迹如图所示,O1为径迹圆的圆心.
由图可得tanα=
R
r2
3
,所以α=60°.
故离子在磁场中运动的最长时间为:t=
T
3
≈5.2×10?5s

在△OO'A中,θ=30°,所以A、O'间距离为:x=Htanθ=20cm.
答:(1)若离子能垂直打在荧光屏上,则电压表的示数为60V;
(2)离子在磁场中运动的最长时间为5.2×10-5s,此种情况下打在荧光屏上的位置到屏中心O′点的距离为20cm.