题目内容


如图所示,在某种装置中有一匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直于xOy所在的平面向外.某时刻在A点(x=l0 y=0)处,一质子沿y轴的负方向进入磁场。已知质子的质量为m,电量为e

(1)如果质子经过坐标原点O,求:质子的速度大小。

(2)如果质子从A点进入磁场的同一时刻,一个α粒子从C点(x=l0 y=0)进入磁场,已知α粒子的质量是质子质量的4倍,电量是质子电量的2 倍。

α粒子与质子在磁场中做匀速圆周运动的周期比为多少?

② 若α粒子与质子在坐标原点O处相遇,求:α粒子速度的大小和方向。


(1)质子进入磁场后做圆周运动,圆心在x轴上的点,设质子的速度为

其轨道半径,                 (2分)

由牛顿定律得:           (1分)

解得                         (1分)

(2)

      (1分)                  (1分)

质子在磁场中做圆周运动的周期为

             (1分)

α粒子的 ,所以α粒子在磁场中做圆周运动的周期为

           (1分)

所以          (1分)

α粒子从C点射入磁场,要想经过O点,速度方向必与磁场垂直,并且在xoy平面内做圆周运动,C点及O点都在这个圆周上,如图所示。

时,设α粒子轨迹圆弧的圆心角为,则有:

            (2分)

n=0时        (1分)

α粒子在t1时刻过O点与质子相遇,由几何关系可得:

    (1分)

得           (1分)

方向与x轴夹角为         (1分)

n=1时      (1分)

α粒子在t2时刻过O点与质子相遇,其轨道半径由几何关系可知仍然为:

           (1分)

故               (1分)

方向与x轴夹角为        (1分)

时,由于α粒子与质子不可能在O处相遇。(1分)

用其它解法得出正确答案的也同样给分。


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