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物理2
中心軸
[1] 小さな穴をあけた薄い導体板1,2が、真空中に図1のように距離dだけ離して
平行に置かれている。導体板1は、導体板2より電位がVだけ高く,導体板の
板面は鉛直方向に平行である。今,質量mで正の電気量Qをもつ荷電粒子を
図1の左側から導体板1の穴の中心に速さ で導体板に垂直に入射させた。鉛
直上向きにz 軸を取り,清体板1の穴の中心のz座標をz=0 とする。重力加速
度の大きさをgとし,導体板は十分に広いものとする。以下の間いに答えよ。
数式を求める問題では、m,
ソレノイド
Zn
-0
O
荷電粒子
荷電粒子
ア
ソレノイド
|R
d
ー = X
0E
図2
図3
Q V, d. V gから必要なものを用いて答えよ。
(5) 磁場が存在する領域に荷電粒子が入った直後に荷電粒子にはたらく力の大き
さを m, Q, U2, Bから必要なものを用いて表せ。また, この力が図2のy軸
の負の向きになるには, 磁場は図2の紙面に対してどちら向きならばよいか。
選択肢{D 表から裏に向かう向き, ②(裏から表に向かう向き)から選び,
番号を記せ。
導体板1
導体板2
61
荷電粒子
L7
(6) 磁東密度の大きさBをいろいろ変化させ,荷電粒子が図2に示す円周とy軸
との交点Pを通過するように調整した。このときのBをBo とする。Bo をm,
Q, r, Uz を用いて表せ。
I図
(1) 2つの導体板間の電場の大きさを求めよ。さらに, 図1上での電場の向きと
して正しいものを選択肢 {① 右向き, ② 左向き} から選び, 番号を記せ。
ベマ) 荷電粒子が点Pを通過した場合, 荷電粒子が磁場中を通過するのに要した時
間をr, Uz を用いて表せ。円周率をπとする。
m
(2) 荷電粒子は導体板 1 を通過して運動を続けた。導体板間における荷電粒子の
加速度の水平成分の大きさを求めよ。
(8) 次に, B= Bo のまま, 電気量2Q,/ 未知の質量 M の荷電粒子を, x 軸に沿っ
て速さ v。で磁場中に入射させたところ,荷電粒子は,図2に示す円周上の
点R(ZPOR = 30°)を通過した。Mはmの何倍かを求めよ。
(3) やがて荷電粒子は導体板 2に達した。 導体板2に達したときの荷電粒子の水
平方向の速さを求めよ。
(9) 間(8)の荷電粒子について,点Rにおける速度の×成分を U2 を用いて表せ。
()図2 の磁場を2つのソレノイドで発生させる。図3に示すように,2つのソ
レノイドの中心軸がxy 面に垂直で点0を通るように並べ,2つのソレノイド
に同じ大きさと向きの磁場を発生させた。このとき,図2のような磁場を実
現するには, 2つのソレノイドの間隔を大きくすべきか, 小さくすべきか。解
答は,ソレノイドについて説明し,ソレノイドが作る磁場の特徴数とともに,
間隔の設定理由を 200字程度までで記述せよ。
荷電粒子が導体板2に達したときの荷電粒子の位置のz座標を求めよ。 ただ
し,y = 0と近似できる場合について計算せよ。
[2] 図2のようにxy平面を考え, 質量mで正の電気量Qの荷電粒子を, 磁場がか
けられた領域にx軸に沿って速さ v2で入射させた。ここで, 磁場は, 点0を中
心とする半径rの円内 (図2の灰色の部分)にのみ存在し, その方向はxy平面
に垂直で, 磁束密度の大きさはBで一様である。重力の影響は無視し, 荷電粒
子はy平面内を運動するものとする。以下の問いに答えよ。
○M5(854-43)
- 0I -
◆M5(854-44