如图所示,质量为5×10-6kg的带电微粒以V0=2m/s的速度从水平放置的金属板A、B的中央飞入板间,已知板长L=10cm,板间距离d=2cm.当uAB=1000V时,带电粒子恰好沿直线穿过板间,则
(1)带电粒子所带电量如何?
(2)uAB为多大时粒子擦上板边沿飞出?
(3)如uAB=1000V,试通过加一垂直纸面的一个匀强磁场,其大小及方向应如何也可让粒子擦上板边沿飞出?(g=10m/s2
分析:(1)、因带电粒子在电场中直线穿过,所以受到的电场力和重力大小相等、方向相反,所以电场力向上,又因A板电势高,所以带电粒子带负电.由二力平衡列式可求出带电粒子的带电量.
(2)、根据初速度大小和板的长度,可求出带电粒子在板间的运动时间,因要求粒子刚好从上极板右端飞出,此时的位移
d
2
,结合运动学公式和牛顿第二定律列式可求出此时的电压.
(3)加磁场后粒子做匀速圆周运动.由所给轨迹作圆求解.
解答:解:(1)带电粒子沿直线通过,可确定其带负电,且有:mg=
uAB
d
q

       解得:q=
mgd
uAB
=
10-6×10×0.02
1000
C=10-9C

  (2)带电粒子作类平抛运动t=
L
v
=
0.1
2
s=0.05s
  may=
u′ABq
d
-mg
  
d
2
=
1
2
ayt2
   UAB=1800V
   (3)此时电场力与重力平衡,磁场力使粒子作匀速圆周运动,向上偏,由左手定则,磁场方向垂直纸面向外    
         R2=(R-0.01)2+0.12
         R=0.505m
Bqv=m
v2
R
     B=
mv
qR
=
2
101
×106T≈2×104T

故答案为:(1)带电粒子所带电量为10-9c
           (2)UAB=1800V
            (3)匀强磁场,其大小为2×104T方向垂直纸面向外
点评:本题中带电粒子的重力不能忽略,粒子做的也是类平抛运动,运用运动的分解法进行研究,若合力为洛伦兹力则做匀速圆周运动.
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