题目内容

(2006年广东高考题)在光滑绝缘的水平桌面上,有两个质量均为m,电荷量为+q的完全相同的带电粒子和,在小孔A处以初速度为零先后释放.在平行板间距为d的匀强电场中加速后,从C处对着圆心进入半径为R的固定圆筒中(筒壁上的小孔C只能容一个粒子通过),圆筒内有垂直水平面向上的磁感应强度为B的匀强磁场.每次与筒壁发生碰撞均无电荷迁移,进入磁场第一次与筒壁碰撞点为D,∠COD=θ,如图所示.延后释放的,将第一次欲逃逸出圆筒的正碰回圆筒内,此次碰撞刚结束,立即改变平行板间的电压,并利用与之后的碰撞,将限制在圆筒内运动.碰撞过程均无机械能损失.设,求:在和相邻两次碰撞时间间隔内,粒子与筒壁的可能碰撞次数.

附:部分三角函数值.

答案:略
解析:

解析:设开始加速电压为,、第一次碰撞后电压变为.

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设粒子在圆筒中与筒壁碰撞(n-1)次,转了K圈后从C点射出,运动时间为.

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在电场中运动时间为,欲使不逃逸出磁场有:

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、碰撞后速度发生交换

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欲使与碰撞后不穿出A点,与碰撞后返回距离为s,有.

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得:.

所以:.

通过讨论:只有当K=1,n=3,4,5,6,7,8时,不等式成立.所以,粒子与圆筒碰撞的可能次数为2,3,4,5,6,7.


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