题目内容

如图所示,只有在y>0的区域中,存在着垂直于纸面的、磁感应强度为B0的匀强磁场,一个质量为m、带电量为-q的带电粒子(不计重力),从坐标原点O以初速度v0沿着与x轴正向成30°角的方向垂直于磁场方向进入.求该带电粒子离开磁场的位置以及方向.
分析:粒子垂直进入磁场,由洛伦兹力提供向心力,做匀速圆周运动,根据牛顿第二定律求解轨道半径R.
根据圆的对称性可知,粒子进入磁场时速度与x轴的夹角为30°角,穿出磁场时,与x轴的夹角仍为30°角,结合左手定则可知,粒子速度的偏向角为300°角,轨道的圆心角也为300°,利用几何关系即可求出带电粒子离开磁场的位置.
解答:解:带电粒只受洛仑兹力,做匀速圆周运动
洛仑兹力用来提供向心力:
B0v0q=m
v02
R

R=
mv0
B0q

根据几何知识,∠OAD=30°,所以∠OAB=60°
离开磁场的距离:
OB=2Rsin300=R=
mv0
B0q

离开磁场的速度方向与x轴正向成300斜向下.
答:该带电粒子离开磁场的位置:离O点的位移为
mv0
B0q
;以及方向与x轴正向成300斜向下.
点评:求带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的时间,常常根据t=
θ
T,θ是轨迹的圆心角,根据几何知识,轨迹的圆心角等于速度的偏向角.同时运用了圆的对称性.
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