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试卷云
现代科技中经常用电场和磁场来控制带电粒子的运动,某种粒子收集装置如图所示,在第二象限中存在一水平向有的匀强电场,场强为,一曲线形放射源不停地沿y轴负方向以初速度v0释放电量为+q质量为m的粒子,已知放射源的两端点位置为(0,0)和(0.5a,a),所有电荷均从原点进入第四象限,在第四象限中存在垂直纸面向内的匀强磁场,磁感应强度为,运动过程中粒子的重力忽略不计,求:
(1)放射源形状的曲线方程;
(2)(0,0)和(0.5a,a)点入射的粒子离开匀强磁场时的位置;
(3)所有粒子在第四象限中扫过的面积;
(4)假设放射源连续发射粒子稳定后,粒子经过原点时按照角度均匀分布,在第四象限中放置一长度为的竖直收集板(粒子打到板上即被收集),一端紧靠x轴,将收集板置于x=b位置时,收集率是多少?将收集板置于位置时,收集率又是多少?
【答案】(1);(2)均从(2b,0)点射出;(3);(4),
【知识点】粒子由电场进入磁场
【详解】(1)假设从坐标(x,y)射出的粒子,需要满足
两者联立可得轨迹方程
(2)设经过原点的粒子速度为v,与x轴夹角为θ,则粒子在第四象限的轨迹半径为R,则
所以粒子打到x轴的位置到原点距离为
与无关,所有粒子均从(2b,0)点射出
(3)(0,0)点入射的粒子在第四象限轨迹是半径为b的半圆,(0.5a,a)入射的粒子轨迹是半径为的四分之一圆周,所以第四象限中有粒子经过的区域面积为
(4)收集板位于x=b时,粒子到x轴的最小距离为
收集率
收集板位于时,与x轴夹角为θ的粒子恰好打到收集板边缘,根据勾股定理有
可解得
即45°~53°范围内的粒子可以打到收集板,则收集率