题目内容
(20分)电子对湮灭是指电子
和正电子
碰撞后湮灭,产生伽马射线的过程,电子对湮灭是正电子发射计算机断层扫描(PET)及正子湮灭能谱学(PAS)的物理基础.如图所示,在平面直角坐标系xOy上,P点在x轴上,且
,Q点在负y轴上某处.在第Ⅰ象限内有平行于y轴的匀强电场,在第Ⅱ象限内有一圆形区域,与x、y轴分别相切于A、C两点,
,在第Ⅳ象限内有一未知的圆形区域(图中未画出),未知圆形区域和圆形区域内有完全相同的匀强磁场,磁场方向垂直于xOy平面向里.一束速度大小为v0的电子束从A点沿y轴正方向射入磁场,经C点射入电场,最后从P点射出;另一束速度大小为
的正电子束从Q点沿与y轴正向成45°角的方向射入第Ⅳ象限,而后进入未知圆形磁场区域,离开磁场时正好到达P点,且恰好与从P点射出的电子束正碰发生湮灭,即相碰时两束粒子速度方向相反.已知正负电子质量均为m、电量均为
,电子的重力不计.求:
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(1)圆形区域内匀强磁场磁感应强度B的大小和第Ⅰ象限内匀强电场的场强E的大小;
(2)电子从A点运动到P点所用的时间;
(3)Q点纵坐标及未知圆形磁场区域的面积S.
(1)
(2)
(3)-4L; ![]()
【解析】
试题分析:运动图象如图所示
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(1)
(2分)
由题意可得:
电子在磁场中运动的半径R = L (1分)
得
(1分)
电子在电场中做类平抛运动:
得:
(3分)
可得:
(1分)
(2)在电场中运动时间
(1分)
在磁场中运动的周期
(1分)
电子在磁场中运动了四分之一圆周:
(2分)
故从A到P的时间
(1分)
(3)正电子在磁场中运动的半径
(2分)
故Q点的纵坐标
(2分)
磁场圆的直径
(1分)
故磁场圆的面积
(2分)
考点:带电粒子在电磁场中的运动