题目内容
【题目】如图，A、C两点分别位于x轴和y轴上，
，OC的长度为L。在
区域内有垂直于
平面向里的匀强磁场，磁感应强度为B。质量为m、电荷量为q的带负电粒子，从坐标原点射入磁场，不计重力。
（1）若粒子沿
方向射入磁场，当初速度满足什么条件时，粒子在磁场中运动的时间为定值；
（2）大量初速度大小为
的粒子乙不同的方向射入第一象限，求从AC边射出的粒子在磁场中运动的最短时间，及该粒子的入射方向与
的夹角。
【答案】（1）
；（2）
【解析】
试题分析：（1）粒子转过半圆从OA边射出时时间为定值，速度最大的粒子与AC边相切，如图所示，
根据几何关系可得：
，根据洛伦兹力提供向心力可得：
，
解得：
，所以满足条件的粒子速度范围为：。
（2）粒子速度大小相等，要使粒子在磁场中经过的时间最短，需使粒子轨迹对应的弦长最短，所以最短时间的轨迹如图所示：
粒子在磁场中的运动半径为：
，轨迹图中几何关系可得
，
由此可知粒子轨迹对应的圆心角为
；最短时间为：
，由图可知，粒子入射方向与
轴的夹角为。
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