题目内容

4.如图所示,在x轴下方的第Ⅲ、Ⅳ象限中,存在垂直于xOy平面方向的匀强磁场,磁感应强度B1=2B2=2B,带电粒子a、b分别从x轴上的P、Q两点(图中没有标出)以垂直于x轴方向的速度同时分别进入匀强磁场B1、B2中,粒子a第一次经过y轴的速度方向与y轴正方向成60°角,此时b粒子也恰好第一次经过y轴且与a粒子发生正碰(两粒子速度方向相反),若两带电粒子的比荷分别为k1、k2,进入磁场时的速度大小分别为v1、v2,不计较重力和两粒子间相互作用,则下列关系正确的是(  )
A.k1=2k2B.2k1=k2C.v1=2v2D.2v1=v2

分析 两个粒子均做匀速圆周运动,先画出轨迹,根据运动时间相同,求出粒子周期以及两个粒子转过的圆心角,即可分析比荷的关系;
然后运用洛伦兹力提供向心力求出半径公式,结合两粒子半径相等的关系,即可求出速度的关系.

解答 解:两个粒子均做匀速圆周运动,在通过y轴时发生正撞,轨迹如图所示:

显然两个粒子的电性相反,轨道半径相等;
两粒子在y轴上发生正碰时粒子a的速度与y轴正方向成60°角,则粒子b速度与y轴负方向成60°角,
轨迹对应的圆心角分别为120°和60°,
粒子运动轨迹如图所示.
两粒子同时进入磁场并相撞,则运动时间相等,即:t1=t2,
而t1=$\frac{1}{3}$T1=$\frac{2π{m}_{1}}{3{q}_{1}{B}_{1}}$=$\frac{π{m}_{1}}{3{q}_{1}B}$,t2=$\frac{1}{6}$T2=$\frac{π{m}_{2}}{3{q}_{2}{B}_{2}}$=$\frac{π{m}_{2}}{3{q}_{2}B}$
解得,粒子的比荷间关系为:k1=k2,故AB错误;
由于两粒子正碰则轨道半径相等,而:R1=$\frac{{m}_{1}{v}_{1}}{{q}_{1}{B}_{1}}$,R2=$\frac{{m}_{2}{v}_{2}}{{q}_{2}{B}_{2}}$,
又已知:B1=2B2=2B,
解得:v1=2v2,故C正确,D错误;
故选:C.

点评 本题考查带电粒子在磁场中做圆周运动,解题关键是画出粒子运动轨迹,洛伦兹力提供向心力,结合几何关系,以及周期公式的综合运用.

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