题目内容
(10分)如图所示,在直角坐标系Oxy平面的第三、四象限内分别存在着垂直于Oxy平面的匀强磁场,第三象限的磁感应强度大小是第四象限的2倍,方向相反。质量、电荷量相同的负粒子a、b,某时刻以大小相同的速度分别从x轴上的P、Q两点沿y轴负方向垂直射入第四、三象限磁场区域。已知a粒子在离开第四象限磁场时,速度方向与y轴的夹角为60o,且在第四象限磁场中运行时间是b粒子在第三象限磁场中运行时间的4倍。不计重力和两粒子之间的相互作用力。
求:a、b两粒子经Y轴时距原点O的距离之比。
【解析】设第三象限内磁场磁感应强度大小为2B,第四象限内磁场磁感应强度大小为B,粒子a、b质量为m电荷量大小为q进入磁场区域速度为v由洛伦兹力和牛顿第二定律得:
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由题设条件有: (2分)
设b粒子在第三象限中运行时转过的圆心角为,由a、b两粒子运行时间关系有: 即 (2分)
=30º (1分)
(2分)
本题考查带电粒子在磁场中的运动,由洛伦兹力提供向心力可求得半径和周期的表达式,由题干中的已知条件可得半径和周期的关系,结合几何关系可求解