题目内容

19.如图所示,正方形abcd区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,O点是cd边的中点一个带正电的粒子(重力忽略不计)若从O点沿纸面以垂直于cd边的速度射入正方形内,经过时间t0刚好从c点射出磁场.现设法使该带电粒子从O点沿纸面以与Od成30°的方向(如图中虚线所示),以各种不同的速率射入正方形内,那么下列说法中正确的是(  )
A.该带电粒子不可能刚好从正方形的某个顶点射出磁场
B.若该带电粒子从ab边射出磁场,它在磁场中经历的时间可能是t0
C.若该带电粒子从bc边射出磁场,它在磁场中经历的时间可能是$\frac{3{t}_{0}}{2}$
D.若该带电粒子从cd边射出磁场,它在磁场中经历的时间一定是$\frac{5{t}_{0}}{3}$

分析 根据几何关系确定带电粒子在磁场中的运动轨迹并确定其圆心角,根据其从各边穿出时的角度及时间确定能否从各边穿出.

解答 解:A、由题,带电粒子以垂直于cd边的速度射入正方形内,经过时间t0刚好从c点射出磁场,则知带电粒子的运动周期为T=2t0
随粒子速度逐渐增大,轨迹由①→②→③→④依次渐变,由图可知粒子在四个边射出时,射出范围分别为OG、FE、DC、BA之间,不可能从四个顶点射出,故A正确;
BCD、当粒子从O点沿纸面垂直于cd边射入正方形内,轨迹恰好为半个圆周,即时间t0刚好为半周期,从ab边射出的粒子所用时间小于半周期(t0),从bc边射出的粒子所用时间小于$\frac{2}{3}$周期($\frac{{4t}_{0}}{3}$),所有从cd边射出的粒子圆心角都是300°,所用时间为$\frac{5T}{6}$($\frac{{5t}_{0}}{3}$),故BC错误,AD正确
故选:AD

点评 本题是带电粒子在磁场中圆周运动类型,抓住粒子的周期一定,根据速度的偏向角等于轨迹的圆心角,由圆心角确定粒子在磁场中的运动时间.

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