Question

如圖所示，在xOy平面直角坐標(biāo)系中，直角三角形MNL內(nèi)存在垂直于xOy平面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，三角形的一直角邊ML長(zhǎng)為6a，落在y軸上，∠NML = 30°，其中位線OP在x軸上.電子束以相同的速度v0從y軸上-3a≤y≤0的區(qū)間垂直于y軸和磁場(chǎng)方向射入磁場(chǎng)，已知從y軸上y=-2a的點(diǎn)射入磁場(chǎng)的電子在磁場(chǎng)中的軌跡恰好經(jīng)過(guò)O點(diǎn).若在直角坐標(biāo)系xOy的第一象限區(qū)域內(nèi)，加上方向沿y軸正方向、大小為E=Bv0的勻強(qiáng)電場(chǎng)，在x=3a處垂直于x軸放置一平面熒光屏，與x軸交點(diǎn)為Q.忽略電子間的相互作用，不計(jì)電子的重力.試求：

（1）電子的比荷；

（2）電子束從+y軸上射入電場(chǎng)的縱坐標(biāo)范圍；

（3）從磁場(chǎng)中垂直于y軸射入電場(chǎng)的電子打到熒光屏上距  Q點(diǎn)的最遠(yuǎn)距離。

Answer 1

 (1)   (2) 0≤y≤2a  (3)

（1）由題意可知r = a   (1分)由   (2分)得：    (1分)

（2）電子能進(jìn)入電場(chǎng)中，且離O點(diǎn)上方最遠(yuǎn)，電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)圓軌跡恰好與邊MN相切，電子運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心為O′點(diǎn)，如圖所示。則： (1分)有：=a (1分)

即粒子從D點(diǎn)離開磁場(chǎng)進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)，離O點(diǎn)上方最遠(yuǎn)距離為 (1分)

所以電子束從y軸射入電場(chǎng)的范圍為0≤y≤2a (1分)

（3）假設(shè)電子沒(méi)有射出電場(chǎng)就打到熒光屏上，有 ，所以，電子應(yīng)射出電場(chǎng)后打到熒光屏上。(1分)

電子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，設(shè)電子在電場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為，豎直方向位移為y，水平位移為x，水平：  (1分)豎直： (1分)

代入得：        (1分)

設(shè)電子最終打在光屏的最遠(yuǎn)點(diǎn)距Q點(diǎn)為H，電子射出電場(chǎng)時(shí)的夾角為θ有：

  (2分)有： (2分)

當(dāng)時(shí)，即時(shí)，有最大值； (1分)

由于 ，所以   (1分)