题目内容

9.如图所示,半径为R的圆形区域内有方向垂直于纸面向里的匀强磁场(图中未画出).两个质量、电量都相同的正粒子,以相同的速率v从a点先后沿直径ac和弦ab的方向射入磁场区域,ab和ac的夹角为30°.已知沿ac方向射入的粒子在磁场中运动的时间为其圆周运动周期的$\frac{1}{4}$,不计粒子重力.则(  )
A.粒子在磁场中运动的轨道半径为R
B.粒子在磁场中运动的轨道半径为2R
C.沿ab方向射入的粒子在磁场中运动的时间为$\frac{2πR}{3v}$
D.沿ab方向射入的粒子在磁场中运动的时间为$\frac{πR}{3v}$

分析 此题是带电粒子在磁场中运动的两种情况进行对比,当沿ac方向即沿直径方向射入时,离开磁场时的方向必然是背向圆心方向,这样就能求出粒子做圆周运动的半径与磁场圆的半径R.当入射方向向下偏转30°,由于半径不变,根据半径相等的相交圆的性质,两圆心与两交点构成菱形,从而求出沿ab方向射入的粒子偏转的角度,从而能求出时间.

解答 解:粒子两次入射的轨迹如图所示,由题意知两次入射的速度相同,则半径也相同.当入射方向向下偏转30°时,其轨迹也向下旋转30°.

AB、由于沿ac方向射入的粒子偏转90°,粒子从O点正下方的A点射出,如图轨迹1由几何关系知其运动半径为R,所以选项A正确,B选项错误.
CD、沿ab方向入射的粒子其半径也为R,其轨迹只是将1顺时针旋转30°,其圆心为O′,由几何关系知四边形aOBO′为菱形,且∠aO′B=60°,所以沿ac方向入射的粒子在磁场中偏转了60°,运动时间为t=$\frac{1}{6}T$=$\frac{1}{6}×\frac{2πR}{v}$=$\frac{πR}{3v}$,所以选项C错误,选项D正确.
故选:AD

点评 画出路径是解决本题的关键,最简单的办法是将沿ac的轨迹绕a点转过30°,交点相应地由A点变为B点;其次是找圆心O′,过a点作ab的垂线段aO′使aO′=R,由几何关系知道四边形OaO′B是菱形,且∠O′=60°,从而就能求出沿ab方向射入的粒子在磁场中运动的时间.

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