题目内容

如右图所示,在一个圆形区域内,两个方向相反且都垂直于纸面的匀强磁场分布在以直径A2A4为边界的两个半圆形区域Ⅰ、Ⅱ中,A2A4 与A1A3的夹角为60°。一质量为m,带电量为+q的粒子以某一速度从Ⅰ区的边缘点A1处沿与A1A3成30°角的方向射入磁场,随后该粒子以垂直于A2A4的方向经过圆心O进入Ⅱ区,最后再从A4处射出磁场。已知该粒子从射入到射出磁场所用的时间为t,求Ⅰ区和Ⅱ区中的磁感应强度的大小。(忽略粒子重力)。

解:设粒子的入射速度为v,已知粒子带正电,故它在磁场中先顺时针做圆周运动,最后从A4点射出。用B1、B2、R1、R2、T1、T2,分别表示在磁场Ⅰ区和Ⅱ区的磁感应强度、轨道半径和周期。

          (1)

         (2)

     (3)

     (4)

设圆形区域半径r,如右图所示,已知粒子过圆心且垂直于A2 A4进入Ⅱ区磁场,连接A1 A2为等边三角形,A2为带电粒子在磁场Ⅰ区运动轨迹的圆心,其轨迹的半径   (5)

圆心角∠A1 A2O=60°,带电粒子在磁场Ⅰ区运动时间为:  (6)

带电粒子在磁场Ⅱ区运动轨迹的圆心在O A4的中点,即:  (7)

在磁场Ⅱ区运动时间为:    (8)

带电粒子从射入到射出所用的总时间为:   (9)

由以上各式可得:           (10)

                           (11)

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