题目内容

【题目】如图甲,xoy平面内,以O为圆心,R为半径的圆形区域内有垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B0。一比荷大小为c的粒子以某一初速从A(R,0)沿-x方向射入磁场,并从B(0,R)射出。不计粒子重力。

(1)判定粒子的电性并求出粒子的初速度大小。

(2)若在原磁场区域叠加上另一垂直于纸面的匀强磁场,粒子从A以原初速射入磁场,射出时速度方向与+x轴成60°,求所叠加的磁场的磁感应强度。

(3)若在平面内施加一个以O为圆心,原磁场边界为内边界的圆环形匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里,如图乙。粒子从A以原初速射入磁场,从B射出后,在圆环形磁场中偏转,从P再次从圆环形磁场进入圆形磁场,则圆环形磁场外径应满足什么条件?求粒子运动的周期。

【答案】(1)正电 (2)(3)

【解析】(1)由左手定则,粒子带正电,此时粒子的运动轨迹如图所示:

则有: ,得:

(2)若在原磁场区域叠加上另一垂直于纸面的匀强磁场,此时粒子的运动轨迹如图所示:

由几何关系,粒子的轨道半径变为:

由(1)知,合磁感应强度应大小应为为

若所叠磁场垂直于纸面向外,粒子顺时针偏转,于M射出

则,有:

若所叠磁场垂直于纸面向里,粒子逆时针偏转,于N射出,

则有: ,有

(3)若在平面内施加一个以O为圆心,原磁场边界为内边界的圆环形匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里,此时粒子的运动轨迹如图所示

由几何关系知: ,粒子在圆环形磁场区得轨道半径变为:

则要求外径:

粒子完成一个周期运动满足: ,m、n均为正整数

满足条件的m、n的最小值是m=5、n=12

故周期为:

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