题目内容
一个质量为m、带电荷量为+q的带电粒子(不计重力)以初速度v0沿y轴向y轴正方向运动,从图中的原点O处开始进入一个边界为圆形的匀强磁场中。已知磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向外,磁场边界的半径为r。带电粒子进入磁场后做匀速圆周运动,已知它做圆周运动的轨道半径比圆形磁场的半径r大。
(1)改变圆形磁场的位置,可改粒子在磁场中的偏转角度,求此粒子在磁场中的最大偏转角(用反三角函数表示)。
(2)当粒子在磁场中偏转角最大时,它从磁场中射出后沿直线前进一定打到x轴上,求满足此条件的磁场半径r的取值范围。
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【答案】
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(1)粒子进入匀强磁场后圆轨道半径:
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轨迹的圆心在x轴上O1点,圆形磁场圆心为O2点,边界如图中虚线所示;
因粒子轨道半径是确定值,由图可看出,入射点O与出射点P间距离越大,粒子偏转角度越大,则当OP恰为圆形磁场直径时,偏转角度最大;
则最大偏转角:
;
(2)要想使粒子射出后能打到x轴上,必须满足条件为
;
即:
。
【考点】带电粒子在匀强磁场中的运动;牛顿第二定律;向心力
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