20. 利用电磁学原理设计离子喷涂设备,如图1所示,离子从离子源
A“漂”出,经加速电压
U加速后沿直线进入
的匀强磁场,经磁场偏转半个周期后离子打在
喷涂区,实现离子喷涂,为了实现平面喷涂,在磁场区域再加上一个垂直于纸面的电场
(图中未标出),平面待喷涂件放在
直线上,且与磁场平行,离子的质量
,电荷量
,离子进入加速电场的速度不计,加速电压随时间的周期性变化如图2所示,离子源离子随时间均匀进入电场,粒子在电场及磁场中运动的时间远小于电压的变化周期,不考虑相对论效应及离子间的相互作用,不考虑电场变化产生的磁场,取
(1)如果不加电场
,求离子在
处喷涂的长度;
(2)电场
随时间变化如图3所示(垂直纸面向里为正)求此过程中离子喷涂的面积;
(3)第2问中喷涂区域的离子厚度是否均匀分布,如果是,请说明理由;如果不是,
哪一侧厚一些;
(4)若要实现如图4所示的三角形区域的喷涂,
随时间变化如图3所示,请在图5中定性地画出加速电压随时间变化的图像。