题目内容

如图甲所示,在一水平放置的隔板MN的上方,存在一磁感应强度大小为B的匀强磁场,磁场方向如图所示。O为隔板上的一个小孔,通过O点可以从不同方向向磁场区域发射电量为+q,质量为m,速率为的粒子,且所有入射的粒子都在垂直于磁场的同一平面内运动。不计重力及粒子间的相互作用。
(1)如图乙所示,与隔板成450角的粒子,经过多少时间后再次打到隔板上?此粒子打到隔板的位置与小孔的距离为多少?
(2)所有从O点射入的带电粒子在磁场中可能经过区域的面积为多少?
(3) 若有两个时间间隔为t0的粒子先后射入磁场后恰好在磁场中给定的P点相遇,如图丙所示,则P与O之间的距离为多少?

与隔板成450角的粒子进入磁场后的轨迹如图所示,设粒子在磁场中的运动半径为R,则有:            
 ①    
粒子在磁场中运动的周期:    ②
由于粒子在磁场中运动轨迹所对应的圆心角为2700,则粒子在磁场中运动的时间为:
 ③
由①②③得                    
到达隔板的位置与小孔0的距离为:    ⑤
(2)(4分)所有通过O点射入的带电粒子可能经过的区域如图所示,

由图知面积为:          ⑥ 
代入得:             ⑦  
(3)(5分)解:设OP间的距离为,如图所示,
以OP为弦可画两个半径相同的圆分别表示在P点相遇的两个粒子的轨道,设θ为两粒子射入方向的夹角,由几何关系知 ,
从O点射入到相遇,粒子1的路程为半个圆弧加弧长Rθ,粒子2的路程为半个圆弧减弧长Rθ
粒子1的运动时间为: (其中T为圆周运动的周期)⑧ 
粒子2的运动时间为:      ⑨ 
则两粒子射入的时间间隔: ⑩
而:        ⑾        
由①⑩⑾得,  ⑿   

解析

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