题目内容

如图所示,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,A2A4A1A3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区中磁感应强度的大小(忽略粒子重力)。

 


解析:

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,再逆时针做圆周运动,最后从A4点射出,用B1、B2、R1、R2、T1、T2分别表示在磁场Ⅰ区Ⅱ磁感应强度、轨道半径和周期 

          ①

        ②

       ③

     ④

   设圆形区域的半径为r,如答图5所示,已知带电粒子过圆心且垂直A3A4进入Ⅱ区磁场,连接A1A2,△A1OA2为等边三角形,A2为带电粒子在Ⅱ区磁场中运动轨迹的圆心,其半径

 

              ⑤

圆心角,带电粒子在Ⅰ区磁场中运动的时间为 

             ⑥

带电粒子在Ⅱ区磁场中运动轨迹的圆心在OA4的中点,即

  R=r                           ⑦

  在Ⅱ区磁场中运动时间为

             ⑧

带电粒子从射入到射出磁场所用的总时间

            ⑨

由以上各式可得

           ⑩

           

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