Question

如图所示，在以O为圆心，半径为R的圆形区域内存在垂直纸面的匀强磁场，AB为一挡板，其上的P点与O的连线垂直于挡板，PO=，一群质量为m、带电量为q的粒子（不计重力）以不同的速率沿与挡板平行且正对圆心O的方向射入磁场区域，已知其中速率为2v的粒子离开磁场后落在挡板上的P点．
（1）求匀强磁场的磁感应强度；
（2）若已知这些粒子落在挡板上分布在以P为中心，长度为2R的范围内，求这些粒子的速度大小的范围．

Answer 1

【答案】分析：（1）带电粒子在磁场中由洛伦兹力提供向心力而做匀速圆周运动，由题知，粒子圆周运动的半径等于R，由牛顿第二定律求解磁感应强度；
（2）画出轨迹，根据几何知识求出带电粒子圆周运动的半径最大值和最小值，由牛顿第二定律求出对应的速度最大值和最小值，即可得到速度大小的范围．
解答：解（1）由题意，速率为2v的粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨迹半径r=R

由q?2vB=m
得B=
（2）设粒子在磁场中做圆周运动的半径的最大值和最小值分别为r₁、r₂，对应的最大速率和最小速率分别为v_max和v_min．
由几何知识得：tanα==，则得α=30°
r₁=Rcot30°=，r₂=Rtan30°=
由qvB=m得v=
故：v_max==2v，v_min=
所以粒子的速度范围为≤v′≤2v，
答：（1）匀强磁场的磁感应强度是得；
（2）若已知这些粒子落在挡板上分布在以P为中心，长度为2R的范围内，这些粒子的速度大小的范围为≤v′≤2v．
点评：本题的解题关键是画出带电粒子的运动轨迹，由几何知识求解轨迹半径．