题目内容

6.在真空中,半径r=5×10-2m的圆形区域内有匀强磁场,方向如图所示,磁感应强度B=0.1T,一个带正电的粒子,以初速度v0=106m/s,从磁场边界上直径ab的一端a射入磁场,已知该粒子的比荷$\frac{q}{m}$=108C/kg,不计粒子重力,求:
(1)粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径是多少?
(2)若要使粒子飞离磁场时有最大偏转角,求入射时v0方向与ab的夹角θ及粒子的最大偏转角β.

分析 (1)带电粒子射入磁场后,在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,根据牛顿第二定律和圆周运动知识结合,可求出粒子在磁场中作匀速圆周运动的半径.
(2)粒子在磁场偏转角越大,圆心角越大,而粒子的速度大小一定时,轨迹半径是一定的,当轨迹对应的弦在最大时,轨迹所对应的圆心角最大,偏转角即最大,则知当粒子从b点射出磁场时,轨迹的弦最长,恰好等于圆形区域的直径.根据几何知识求出入射时v0方向与ab的夹角θ.

解答 解:(1)带电粒子射入磁场后做匀速圆周运动,由洛伦兹力提供向心力,
由牛顿第二定律得:qvB=m$\frac{{v}_{0}^{2}}{R}$,代入数据解得:R=0.1m=10cm;
(2)粒子在磁场偏转角越大,圆心角越大,而粒子的速度大小一定时,轨迹半径是一定的,
当轨迹对应的弦最大时,轨迹所对应的圆心角最大,偏转角即最大,根据几何知识得知,
当粒子从b点射出磁场时,此时轨迹的弦最长,恰好等于圆形区域的直径.
则有:sinθ=$\frac{r}{R}$=$\frac{0.05}{0.1}$=$\frac{1}{2}$,解得:θ=30°,
由几何知识得,粒子最大偏转角:β=2θ=60°.
答:(1)粒子在磁场中作匀速圆周运动的半径是0.1m.
(2)若要使粒子飞离磁场时有最大偏转角,入射时v0方向与ab的夹角θ为30°,粒子最大偏转角为60°.

点评 本题是带电粒子在匀强磁场中匀速圆周运动的问题,运用几何知识分析圆心角与半径的关系是关键.

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