题目内容
如图所示,在直角坐标系的原点O处有一放射源,向四周均匀发射速度大小相等、方向都平行于纸面的带电粒子。在放射源右侧有一很薄的挡板,垂直于x轴放置,挡板与xoy平面交线的两端M、N正好与原点O构成等边三角形,
为挡板与x轴的交点。在整个空间中,有垂直于xoy平面向外的匀强磁场(图中未画出),带电粒子在磁场中沿顺时针方向做匀速圆周运动。已知带电粒子的质量为m,带电荷量大小为q,速度大小为υ,MN的长度为L。(不计带电粒子的重力及粒子间的相互作用)
(1)确定带电粒子的电性;
(2)要使带电粒子不打在挡板上,求磁感应强度的最小值;
(3)要使MN的右侧都有粒子打到,求
磁感应强度的最大值。(计算过程中,要求画出各临界状态的轨迹图)
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解:
(1)由左手定则可得,粒子带正电荷。 (2分)
(2)设磁感应强度大小为B,带电粒子运动的轨迹半
径为r,带电粒子做圆周运动的向心力由洛仑兹力提
供,有:
得
(2分)
由于从O点射出的粒子的速度大小都相同,由上式可知,所有粒子的轨迹半径都相等。
由几何知识可知,为使粒子不打在挡板上,轨迹的半径最大时,带电粒子在O点沿y轴正方向射出,其轨迹刚好与MN相切,如图甲所示。(2分)
则最大半径
(2分)
由上式可得,磁感应强度的最小值
(2分)
(3)为使MN的右侧都有粒子打到,打在N点的粒子最小半径的轨迹为图乙中的圆弧OMN。 (2分)
图中点O3为轨迹的圆心,由于内接△OMN为正三角形,
由几何知识,最小的轨迹半径为
(3分)
粒子做匀速圆周运动的向心力由洛仑兹力提供,有
所以,磁感应强度的最大值
(3分)
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