1.
类似光学中的反射和折射现象，用磁场或电场调控也能实现质子束的“反射”和“折射”。如图所示，在竖直平面内有三个平行区域Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ；Ⅰ区宽度为d，存在磁感应强度大小为B、方向垂直平面向外的匀强磁场，Ⅱ区的宽度很小。Ⅰ区和Ⅲ区电势处处相等，分别为
和
， 其电势差
。一束质量为m、电荷量为e的质子从O点以入射角
射向Ⅰ区，在P点以出射角射出，实现“反射”；质子束从P点以入射角射入Ⅱ区，经Ⅱ区“折射”进入Ⅲ区，其出射方向与法线夹角为“折射”角。已知质子仅在平面内运动，单位时间发射的质子数为N，初速度为
， 不计质子重力，不考虑质子间相互作用以及质子对磁场和电势分布的影响。
(1)
若不同角度射向磁场的质子都能实现“反射”，求d的最小值；
(2)
若
， 求“折射率”n（入射角正弦与折射角正弦的比值）
(3)
计算说明如何调控电场，实现质子束从P点进入Ⅱ区发生“全反射”（即质子束全部返回Ⅰ区）
(4)
在P点下方距离
处水平放置一长为
的探测板
（Q在P的正下方），
长为
， 质子打在探测板上即被吸收中和。若还有另一相同质子束，与原质子束关于法线左右对称，同时从O点射入Ⅰ区，且
， 求探测板受到竖直方向力F的大小与U之间的关系。
【考点】
带电粒子在匀强磁场中的运动;
能力提升
真题演练
