Question

（20分）如图所示的平行板器件中，存在相互垂直的匀强磁场和匀强电场，磁场的磁感应强度B₁=0.40T，方向垂直纸面向里，电场强度E=2.0×10⁵V/m，PQ为板间中线．紧靠平行板右侧边缘xOy坐标系的第一象限内，有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度B₂=0.25T，磁场边界AO和y轴的夹角∠AOy=45°．一束带电量q=8.0×10^-19C的正离子从P点射入平行板间，沿中线PQ做直线运动，穿出平行板后从y轴上坐标为（0，0.2m）的Q点垂直y轴射入磁场区，离子通过x轴时的速度方向与x轴正方向夹角在45°~90°之间.则：

（1）离子运动的速度为多大？

（2）离子的质量应在什么范围内？

（3）现只改变AOy区域内磁场的磁感应强度大小，使离子都不能打到x轴上，磁感应强度大小B₂´应满足什么条件？

Answer 1

解析：

（1）设正离子的速度为v，由于沿中线PQ做直线运动，则有  （2分）

代入数据解得  v=5.0×10⁵m/s             （2分）

（2）设离子的质量为m，如图所示，当通过x轴时的速度方向与x轴正方向夹角为45°时，由几何关系可知运动半径   r₁=0.2m         （1分）

当通过x轴时的速度方向与x轴正方向夹角为90°时，由几何关系可知运动半径  r₂=0.1m     （1分）

由牛顿第二定律有            （1分）

由于                           （1分）

解得      （2分）

（3）如图所示，由几何关系可知使离子不能打到x轴上的最大半径  （2分）

设使离子都不能打到x轴上，最小的磁感应强度大小为B₀，则   

                            （1分）

代入数据解得  B₀==0.60T         （2分）

则  B₂´≥0.60T（或B₂´>0.60T）       （1分）