解题思路:(1)正离子沿平行于金属板垂直磁场射入两板间做匀速直线运动时,洛伦兹力与电场力平衡,由平衡条件和E0=[U/d]结合可求出离子在平行金属板间的运动速度.
(2)带电粒子进入pOy区域做匀速圆周运动,据题由几何关系可求出圆周运动的半径.在磁场中由洛伦兹力提供向心力,可求出比荷.
(3)离子在磁场中运动[1/4]圈后从Op上离开磁场,可求出离子在磁场中运动时间[T/4],离开磁场后离子做匀速直线运动,由几何知识求出位移,即可求出时间.
(1)设带电粒子的质量为m、电量为q,在平行金属板间的运动速度为v,平行金属板间的场强为E0.
依题意,有:qvB0=qE0…①
又匀强电场,有:E0=[U/d]…②
联立①②解得:v=[U
B0d…③
(2)带电粒子进入pOy区域,做匀速圆周运动,设轨道半径为r,有:
qvB=m
v2/r]…④
依题意带电粒子进入第Ⅰ象限转过[1/4]圈后从Op上离开磁场,如图,由几何关系:
r+rtan45°=a,得r=[1/2]a…⑤
联立③④⑤得:[q/m]=[2U
B0Bad…⑥
(3)匀速圆周运动的周期 T=
2πr/v]…⑦
带电粒子在磁场中的运动时间:t1=
T
4…⑧
离子从C出来后作匀速直线运动,设经过x轴上的D点,如图,由几何关系,有:
.
CD=a-r=[1/2a…⑨
从C到D的时间为:t2=
.
CD
v]…⑩
联立③⑤⑦⑧⑨⑩得:
t1
t2=[π/2]
答:
(1)离子在平行金属板间的运动速度为[U
B0d;
(2)离子的荷质比
q/m]为[2U
B0Bad;
(3)离子在第Ⅰ象限的磁场区域和无场区域内运动的时间之比为
π/2].
点评:
本题考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动;牛顿第二定律;带电粒子在混合场中的运动.
考点点评: 本题中离子在复合场中运动的问题是速度选择器的模型,要比较熟悉.在磁场中画轨迹,由几何知识求解半径、由圆心角确定时间都是常规思路.