题目内容

1.如图所示,半径为R圆形区域内有一垂直纸面的匀强磁场,P为磁场边界上的一点.有无数带有同样电荷、具有同样质量的粒子在纸面内沿各个方向以相同的速率通过P点进入磁场,经磁场偏转后,这些粒子均以相同的方向射出磁场.射出边界的位置均处于边界的某一段圆弧上,这段圆弧的弧长是圆周长的$\frac{1}{3}$.
(1)粒子在磁场中运动的轨道半径r1;
(2)将磁感应强度的大小从原来的B1变为B2,结果相应的弧长变为原来的一半,求此时粒子运动的轨道半径r2;
(3)求$\frac{{B}_{2}}{{B}_{1}}$等于多少.

分析 画出导电粒子的运动轨迹,找出临界条件及角度关系,利用圆周运动由洛仑兹力充当向心力,分别表示出圆周运动的半径,进行比较即可.

解答 解:(1)当轨道半径小于或等于磁场区半径时,粒子射出圆形磁场的点离入射点最远距离为轨迹直径.如图所示,
当粒子从$\frac{1}{3}$圆周射出磁场时,粒子在磁场中运动的轨道直径为PQ,粒子都从圆弧PQ之间射出,
因此轨道半径r1=Rcos 30°=$\frac{\sqrt{3}}{2}$R;
(2)若粒子射出的圆弧对应弧长为“原来”的一半,即$\frac{1}{6}$周长,对应的弦长为R,
即粒子运动轨迹直径等于磁场区半径R,
则半径r2=$\frac{R}{2}$
(3)由r=$\frac{mv}{qB}$可得,$\frac{{B}_{2}}{{B}_{1}}=\frac{{r}_{1}}{{r}_{2}}=\sqrt{3}$.
答:(1)粒子在磁场中运动的轨道半径为$\frac{\sqrt{3}}{2}R$;
(2)此时粒子运动的轨道半径为$\frac{R}{2}$;
(3)求$\frac{{B}_{2}}{{B}_{1}}$等于$\sqrt{3}$.

点评 带电粒子在电磁场中的运动一般有直线运动、圆周运动和一般的曲线运动;直线运动一般由动力学公式求解,圆周运动由洛仑兹力充当向心力,一般的曲线运动一般由动能定理求解.

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