Question

如图所示，左侧装置内存在着匀强磁场和方向竖直向下的匀强电场，装置上下两极板问电势差为U,间距为L;右侧为“台形”匀强磁场区域ACDH，其中，AH//CD， =4L。一束电荷量大小为q、质量不等的带电粒子(不计重力、可视为质点)，从狭缝S₁射入左侧装置中恰能沿水平直线运动并从狭缝S₂射出，接着粒子垂直于AH、由AH的中点M射入“台形”区域，最后全部从边界AC射出。若两个区域的磁场方向均水平(垂直于纸面向里)、磁感应强度大小均为B，“台形”宽度=L，忽略电场、磁场的边缘效应及粒子间的相互作用。

(1)判定这束粒子所带电荷的种类，并求出粒子速度的大小;
(2)求出这束粒子可能的质量最小值和最大值;
(3)求出(2)问中偏转角度最大的粒子在“台形”区域中运动的时间。

Answer 1

（1）（2），（3）

试题分析：（1）由于粒子在“台形”磁场中从边界AC射出，可知粒子带正电
由于粒子在左侧正交电磁场中沿直线通过，且洛伦兹力不做功，故粒子速率不变
故有：，而，所以
（2）在台形区域内，粒子匀速圆周运动，根据牛顿第二定律，有
由上式知：当粒子质量最小时，R最小，粒子运动轨迹恰好与AC相切，如图，

当粒子质量有最大值时，R最大，粒子运动轨迹恰好过C点，如图

根据几何关系有，所以
因为，所以是等边三角形，
解得：，
（3）粒子运动周期
粒子沿质量最小时的轨迹运动时对应圆心角最大，有
解得