题目内容

质量为m、电荷量为q的正离子,以速度v0从C点正对着圆心O进入一半径为R的非金属圆筒中,筒内有一磁感应强度为B的匀强磁场,方向垂直纸面向里,如图所示.欲使正离子与圆筒壁发生二次弹性碰撞后仍能从C点射出,则离子在磁场中运动多长时间?(设每次碰撞时离子电荷量保持不变)

解析:由于离子与圆筒发生弹性碰撞时动能、电荷量均无损失,因此每次碰撞之后速度方向均指向圆心O,且每两次碰撞之间的运动轨迹是对称的,如图所示.由图可知θ=120°,则根据几何关系,离子在磁场中做匀速圆周运动的半径:

r=Rtan=Rtan60°=R

根据匀速圆周运动规律及离子受力情况得:

qBv0=mr

设两次碰撞之间离子运动的时间为t0,根据对称性,离子在磁场中的运动时间:

t=3t0=3×=.

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