Question

【题目】在xOy平面的x轴上方区域范围内存在着范围足够大的匀强磁场（如图甲所示）。在空间坐标（x=0，y=a）处有一粒子源，在某一时刻向平面内各个方向均匀发射N个（N足够大）质量为m、电荷量为-q，速度为v0的带电粒子：（不计粒子重力及粒子间的相互作用，题中N、a 、m、-q、v0均为已知量）

(1)若放射源所发出的粒子恰好有不能到达x轴，求磁感应强度为多大；

(2)求解第(1)问中，x轴上能接收到粒子的区域长度L；

(3)若磁场仅限制在一个半径为a的圆形区域内，圆心在坐标处。保持磁感应强度不变，在x轴的正半轴 区间上铺设挡板，粒子源打出的部分粒子恰好垂直打在挡板上并被挡板吸收，求：这部分粒子在先后到达板上的时间内对挡板的平均作用力。

Answer 1

【答案】(1)；(2)；(3)

【解析】

(1)由几关系可知左右两个相切圆为临界条件，由于有不能到达要x轴，所以

由几何关系知，磁场中做圆周运动半径为R=a

洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得

解得

则磁感应强度

(2)粒子打x轴上的范围如图所示，

x轴右侧长度为

x轴左侧，与轴相切，由几何关系知

联立可得

(3)粒子源打出的部分粒子恰好垂直打在挡板上，根据几何关系则有

解得

粒子源打出的部分粒子恰好垂直打在挡板上的动量的变化量

粒子源打出的部分粒子恰好垂直打在挡板上运动的最短时间

粒子源打出的部分粒子恰好垂直打在挡板上运动的最长时间

这部分粒子在先后到达板上的时间内对挡板的平均作用力