题目内容
【题目】如图所示,圆心为O、半径为r的圆形区域内、外分别存在磁场方向垂直纸面向内和向外的匀强磁场,外部磁场的磁感应强度大小为B0。P是圆外一点,OP=2r。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子从P点在纸面内垂直于OP射出,第一次从A点(图中未画出)沿圆的半径方向射入圆内后从Q点(P、O、Q三点共线)沿PQ方向射出圆形区域。不计粒子重力, =0.6, =0.8。求:
(1)粒子在圆外部磁场和内部磁场做圆周运动的轨道半径;
(2)圆内磁场的磁感应强度大小;
(3)粒子从第一次射入圆内到第二次射入圆内所经过的时间。
【答案】(1) R2=3r (2) B内= (3)
【解析】
(1)设粒子在圆外和圆内磁场中运动的轨道半径分别为R1、R2,由几何关系可知:
r2+R12=(2r-R1)2
解得
R1=
三角形O1AO与三角形O1QO2相似,则
即
解得:
R2=3r
(2)粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,则有
Bqv=
即
B=
B0=
B内=
解得
B内=
(3)由几何关系知:
tan∠O1OA=
解得:
∠O1OA=37°
同理可知
∠QOC=2∠O1OA=74°
粒子在磁场中做圆周运动的周期
T=
可得:
T=
所以粒子从A运动到Q的时间:
t1=
粒子从Q运动到C的时间:
t2=
t=t1+t2=
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