迁移训练
1.如图所示,两个共轴的圆筒形金属电极,外电极接地,其上均匀分布着平行于轴线的四条狭缝a、b、c和d,外筒的外半径为r0.在圆筒之外的足够大区域中有平行于轴线方向的均匀磁场、磁感强度的大小为B,在两极间加上电压,使两圆筒之间的区域内有沿半径向外的电场,一质量为m,带电量为+q的粒子,从紧靠内筒且正对狭缝a的S点出发,初速为零.如果该粒子经过一段时间的运动之后恰好又回到出发点S,则两电极之间的电压U应是多少?(不计重力、整个装置在真空中)
[解析] 带电粒子从点S出发,在两筒之间的电场力作用下加速,沿径向穿出a而进入磁场区,在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,粒子再回到S点的条件是能沿径向穿过狭缝d,只要穿过了d,粒子就会在电场力作用下先减速,再反向加速,经d重新进入磁场区.然后,粒子将以同样方式经过c、d,再经过a回到点S.如图所示.
设粒子射入磁场区的速度为vmv2=qU;,根据能量守恒有
设粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动的半径为R,由洛伦兹力公式和牛顿运动定律得:qvB=mv2/R;
由前面分析可知,要回到S点,粒子从a到d必经过圆周,所以半径