题目内容

如图所示,一足够长的矩形区域abcd内充满方向垂直纸面向里的、磁感应强度为B的匀强磁场,在ad边中点O,方向垂直磁场向里射入一速度方向跟ad边夹角θ=30°、大小为v的带正电粒子,已知粒子质量为m,电量为q,ad边长为L,ab边足够长,粒子重力不计,求:
(1)粒子能从ab边上射出磁场的v大小范围.
(2)如果带电粒子不受上述v大小范围的限制,求粒子在磁场中运动的最长时间.
【答案】分析:(1)粒子在磁场中做匀速圆周运动,当其轨迹恰好与ab边相切时,轨迹半径最小,对应的速度最小.当其轨迹恰好与cd边相切时,轨迹半径最大,对应的速度最大,由几何知识求出,再牛顿定律求出速度的范围.
(2)粒子轨迹所对圆心最大时,在磁场中运动的最长时间.当其轨迹恰好与ab边相切或轨迹更小时,时间最长,求出圆心角,再求时间.
解答:解:(1)若粒子速度为v,则qvB=,所以有R=
     设圆心在O1处对应圆弧与ab边相切,相应速度为v01,则R1+R1sinθ=
         将R1=代入上式可得,v01=
   同理,设圆心在O2处对应圆弧与cd边相切,相应速度为v02,则R2-R2sinθ=
      将R2=代入上式可得,v02=
   所以粒子能从ab边上射出磁场的v应满足.
(2)由t=及T=可知,粒子在磁场中经过的弧所对的圆心角α越长,在磁场中运动的时间也越长.在磁场中运动的半径r≤R1时,
    运动时间最长,弧所对圆心角为α=(2π-2θ)=,所以最长时间为t=T==.
答:(1)粒子能从ab边上射出磁场的v大小范围为.
    (2)如果带电粒子不受上述v大小范围的限制,求粒子在磁场中运动的最长时间为.
点评:带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动解题一般程序是
  1、画轨迹:确定圆心,几何方法求半径并画出轨迹.
  2、找联系:轨迹半径与磁感应强度、速度联系;偏转角度与运动时间相联系,时间与周期联系.
  3、用规律:牛顿第二定律和圆周运动的规律.
练习册系列答案
相关题目

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网