题目内容
如下图,在
区域内存在与xy平面垂直的匀
强磁场,磁感应强度的大小为B.在t=0时刻,一位于坐标原点的粒子源在xy平面内发射出大量同种带电粒子,所有粒子的初速度大小相同,方向与y轴正方向的
夹角分布在0~180°范围内。已知沿y轴正方向发射的粒子在
时刻刚好从磁场边界上
点离开磁场。求:
⑴ 粒子在磁场中做
圆周运动的半径R及粒子的比荷q/m;
⑵ 此时刻仍在磁场中的粒子的初速度方向与y轴正方向夹角的取值范围;
⑶ 从粒子发射到全部粒子离开磁场所用的时间。
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⑴
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⑵速度与y轴的正方向的夹角范围是60°到120°[来源:学科网]
⑶从粒子发射到全部离开所用 时间 为![]()
【解析】 ⑴粒子沿y轴的正方向进入磁场,从P点经过做OP的垂直平分线与x轴的交点为圆心,根据直角三角形有![]()
解得![]()
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,则粒子做圆周运动的的圆心角为120°,周期为
[来源:学,科,网Z,X,X,K]
粒子做圆周运动的向心力由洛仑兹力提
供,根据牛顿第二定律得
,
,化简得![]()
⑵仍在磁场中的粒子其圆心角一定大于120°,这样粒子角度最小时从磁场右边界穿出;角度最大时从磁场左边界穿出。
角度最小时从磁场右边界穿出圆心角120°,所经过圆弧的弦与⑴中相等穿出点如图,根据弦与半径、x轴的夹角都是30°,所以此时速度
与y轴的正方向的夹角是60°。
角度最大时从磁场左边界穿出,半径与y轴的的夹角是60°,则此时速度与y轴的正方向的夹角是120°。
所以速度与y轴的正方向的夹角范围是60°到
120°
⑶在磁场中运动时间最长的粒子的轨迹应该与
磁场的右边界相切,
在
三角形中两个相等的腰为
,而它的高是
,半径与y轴的的夹角是30°,这种粒子的圆心角是240°。所用 时间 为
。
所以从粒子发射到全部离开所用 时间 为
。
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