题目内容


如图13甲所示,在y轴右侧加有垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度B=1 T。从原点O处向第Ⅰ象限发射一比荷=1×104 C/kg的带正电的粒子(重力不计),速度大小v0=103 m/s,方向垂直于磁场且与x轴正方向成30°角。

(1)求粒子在该匀强磁场中做匀速圆周运动的半径R和在该磁场中运动的时间t1。

(2)若磁场随时间变化的规律如图乙所示(垂直于纸面向外为正方向),t=×10-4 s后空间不存在磁场。在t=0时刻,粒子仍从O点以与原来相同的速度v0射入,求粒子从O点射出后第2次经过x轴时的坐标。

图13


解析:(1)轨迹如图(a)所示。

(a)

由Bqv=m得

轨迹半径R==0.1 m 

粒子运动周期T==2π×10-4 s

粒子在磁场中轨迹所对的圆心角为240°,

所以粒子在磁场中运动的时间为

t1==π×10-4s。

(2)磁场变化的半周期为Δt=×10-4 s=

在图(b)中,∠OO1C=∠CO2D=120°,且O1O2平行于x轴

OE=2(R+Rsin 30°)=3R=0.3 m

Rt△EDP中,∠EDP=60°,DE=2Rsin 60°

EP=DEtan 60°=3R=0.3 m

则粒子从O点射出后第2次经过x轴时的坐标

xP=OE+EP=0.6 m。

(b)

答案:(1)0.1 m π×10-4 s

(2)0.6 m


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