题目内容
【题目】如图所示,在x轴的负方向,存在磁感应强度为B1,方向垂直于纸面向里的匀强磁场,在x轴的正方向,存在磁感应强度为B2,方向也垂直于纸面向里的匀强磁场,且B1∶B2=3∶2。在原点O处同时发射两个质量分别为ma和mb的带电粒子,粒子a以速率va沿x轴正方向运动,粒子b以速率vb沿x轴负方向运动,已知粒子a带正电,粒子b带负电,电荷量相等,且两粒子的速率满足mava=mbvb。若在此后的运动中,当粒子a第4次经过y轴(出发时经过y轴不算在内)时,恰与粒子b相遇。粒子重力不计。下列说法正确的是( )
A. 粒子a、b在磁场B1中的偏转半径之比为3∶2
B. 两粒子在y正半轴相遇
C. 粒子a、b相遇时的速度方向相同
D. 粒子a、b的质量之比为1∶5
【答案】BCD
【解析】
本题涉及到两个粒子分别在两个不同磁场中做匀速圆周运动问题,相遇问题既考虑到位移问题,又考虑到时间等时,比较复杂,所以要从简单情况出发,由题意a粒子逆时针旋转,b粒子顺时针旋转,由于两粒子的动量(m2va=m1vb)和电量相同,则半径之比就是磁感应强度的反比,所以在B1磁场中的半径小,则两粒子在两磁场旋转两个半周时,a粒子相对坐标原点上移,b粒子相对坐标原点下移,若b粒子在最初不相遇,则以后就不能相遇了。所以只考虑b粒子旋转半周就与a粒子相遇的情况。
由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式知道:,所以选项A错误。由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式r=知道,a粒子从O点出发沿x轴正方向射出向上逆时针转半周在y轴上上移2ra2,穿过y轴后逆时针向下转半周后下移2ra1,由于B2<B1,则第二次经过y轴时在从标原点的上方(2ra2-2ra1)处,同理第四次经过y轴时在坐标原点上方2(2ra2-2ra1)处,所以由题意知选项B正确。从最短时间的情况进行考虑,显然是b粒子向上转半周后相遇的,a粒子第四次经过y轴时是向右方向,而b粒子转半周也是向右的方向,所以两者方向相同,所以选项C正确。根据周期公式及题意,当两粒子在y轴上相遇时,时间上有:Tb1=Ta1+Ta2 即:,结合B1:B2=3:2,得到:,所以选项D正确。故选BCD。