题目内容

【题目】如图所示,在第一象限内,0<x≤a的区域Ⅰ中有垂直于纸面向里的匀强磁场,x>a的区域Ⅱ中有垂直于纸面向外的匀强磁场,两区域内磁场的磁感应强度大小均为B.沿y轴有一不计厚度的返回粒子收集器,内部距离原点为2aP点有一粒子源,持续不断的沿x轴正方向发射速度大小不同的同种带电粒子,粒子的质量为m、电荷量为+q,不计粒子的重力,求:

(1) 进入区域Ⅱ磁场的粒子的最小速度;

(2) 粒子从P点射出到返回到收集器上的同一位置的运动时间;

(3) 要使所有返回区域Ⅰ磁场的带电粒子都能被收集器收集,求收集器的最小长度.

【答案】1 2 34a2a

【解析】

(1)根据临界情况是轨迹与边界相切求半径得到速度;根据要求作出轨迹图,由几何关系求时间.

(1)进入刚好进入区域Ⅱ磁场,则轨迹与边界相切,由几何关系:r1a

在磁场中做匀速圆周运动

解得:

(2)粒子在左侧磁场运动的第一段轨迹对应的圆心角为60°

运动时间

解得:

(3)由几何关系:PN2a

粒子速度最大且能返回到y轴的运动轨迹示意图如图所示:

由几何关系可得

2r3sinβ2a

解得:r32aβ30°

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