题目内容

4.如图所示半径为R的圆形区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场B,Oa、Oc关于Ob对称,Ob竖直,Oc与水平直径间的夹角为60°,比荷相同的甲、乙、丙三种粒子沿半径AO方向以不同的初速度垂直射入磁场,分别击中a、b、c三点,不计粒子重力及粒子间的相互作用,则(  )
A.粒子均带正电,甲、乙、丙三种粒子的初速度大小之比$\sqrt{3}$:1:3
B.粒子均带负电,甲、乙、丙三种粒子的初速度大小之比为1:$\sqrt{3}$:3
C.粒子均带正电,甲、乙、丙三种粒子在磁场中运动时间之比为4:3:2
D.粒子均带正电,甲、乙、丙三种粒子在磁场中运动的时间相同.

分析 电荷在磁场中做匀速圆周运动,洛仑兹力提供向心力,根据牛顿第二定律,有qvB=m$\frac{{v}^{2}}{r}$,得到r=$\frac{mv}{qB}$;周期T=$\frac{2πr}{v}$=$\frac{2πm}{qB}$;画出运动轨迹,结合几何关系得到轨道半径;结合轨道半径和圆心角判断初速度和运动时间.

解答 解:AB、在A点,粒子速度向右,磁场向外,洛仑兹力向下,根据左手定则,粒子带正电荷;
粒子在磁场中做匀速圆周运动,轨迹如图所示:

故甲、乙、丙三种粒子的轨道半径分别为$\frac{\sqrt{3}}{3}R$、R、$\sqrt{3}$R;
甲、乙、丙三种粒子的比荷相等,根据推论公式r=$\frac{mv}{qB}$,r∝v,故甲、乙、丙三种粒子的速度之比为$\frac{\sqrt{3}}{3}R$:R:$\sqrt{3}$R=1:$\sqrt{3}$:3,故A错误,B正确;
CD、甲、乙、丙三种粒子的比荷相等,根据T=$\frac{2πm}{qB}$,周期相等;
甲、乙、丙三种粒子的轨迹对应的圆心角分别为120°、90°、60°,根据t=$\frac{θ}{260°}T$,甲、乙、丙三种粒子在磁场中运动的时间之比为120°:90°:60°=4:3:2;故C正确,D错误;
故选:BC

点评 本题关键是画出粒子的运动轨迹,然后结合推论公式r=$\frac{mv}{qB}$、T=$\frac{2πm}{qB}$、t=$\frac{θ}{260°}T$列式分析,不难.

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