题目内容

【题目】如图所示,真空中有两个以O为圆心的同心圖,内圆半径为R,外圆半径未知。内圆有一垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B;内圆与外圆之间的环状区城内的磁场垂直纸面向里,大小也为B。在内圆边界上有一粒子源S,所发出的粒子质量为m,电量为+q,速度大小为。内圆边界上无磁场,外圆边界上存在磁场。不计粒子重力,求:

(1)若粒子源在纸面内向各个方向发射粒子,为了让粒子约束在外圆内运动,则外圆半径至少为多大?

(2)若发出的粒子初速度方向沿半轻背离圆心。粒子运动了一段时间再次经过S,则应该满足什么条件(写出与m、q、B.R之间的关系)?

(3)在满足(2)问的条件下,粒子相邻两次经过S处的时间是多少?

【答案】(1)(2) (n≥3,且取整数)。(3) 见解析

【解析】试题分析:(1)根据粒子在磁场中做匀速圆周运动,由洛伦兹力提供向心力求出半径,结合几何关系求出外圆的最小半径;(2)根据几何关系求出初速度的关系式;(3)根据粒子在磁场中运动的规律,求出粒子在小圆内和小圆外运动的时间,再根据表达式进行分析即可。

(1)粒子在磁场中运动由洛伦兹力提供向心カ:

解得:

当粒子轨道半径与外圆内切时为外圆半径最小,如图

由图中几何关系得.外圆半径

故外圆半径至少为

(2)经分析得,带电粒子运动轨迹将小圆均分成n段圆弧(n≥3,且取整数),如图

由图中几何关系得:,且

故(n≥3,且取整数)

(3)粒子在磁场做圆周运动的周期为:

粒子相邻两次经过小圆,在小圆外运动的时间:

粒子相邻两次经过小圆,在小圆内运动的时间:

当(2)中n为奇数是,粒子相邻两次经过S处的时间 (n≥3,且取奇数)

当(2)中n为偶数是,粒子相邻两次经过S处的时间(n≥3,且取偶数)。

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