题目内容
如图所示，半径为R的绝缘圆筒中有沿轴线方向的匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，匀强磁场的磁感应强度为B，圆筒形场区的边界由弹性材料构成。一个质量为m．电荷量为q的正离子(不计重力)以某一速度从筒壁上的小孔M进入筒中，速度方向与半径成θ=30°夹角，并垂直于磁场方向。离子和筒壁的碰撞无能量和电荷量的损失．若选择合适的进入速度，离子可以从M孔射出。问：
(1)离子的速度多大时，离子可以在最短的时间内返回M孔最短的时间是多少?
(2)如果离子与筒壁发生两次碰撞后从M孔射出，离子的速率是多大?从进入圆筒到返回M孔经历的时间是多少?
【答案】
(1) 
(2) 
? 
【解析】(1)离子要在最短的时间内返回M孔，离子只能与圆筒碰撞一次，据此画出离子的运动轨迹如图所示，碰撞点在过M点的直径的另一端N。设离子在磁场中的轨迹半径为r，速率为V1.根据向心力公式
,①结合图中的几何关系可得r=2R，②解得离子的速率
,③离子在磁场中走过的每段圆弧对应的圆心角
=60°，④经历的时间
,⑤即
.⑥
(2)离子与筒壁发生两次碰撞后从M孔射出，根据对称性画出离子的运动轨迹如图所示。
结合图中的几何关系可得r=R，? ⑦
则离子的速率
，??? ⑧
离子在磁场中走过的每段圆弧对应的圆心角
′=120°，? ⑨
经历的时间
。?? ⑩
?? 
练习册系列答案
相关题目
如图所示，半径为R的光滑半圆轨道竖直放置，两个质量均为m的小球A、B以不同的速率进入轨道，A通过最高点C时，对轨道的压力为3mg，B通过最高点C时，对轨道的压力恰好为零，求：
如图所示，半径为R的vt-sB=l光滑圆弧轨道竖直放置，底端与光滑的水平轨道相接，质量为m的小球B静止光滑水平轨道上，其左侧连接了一轻质弹簧，质量为m的小球A自圆弧轨道的顶端由静止释放，重力加速度为g，小球可视为质点．
如图所示，半径为R的
如图所示，半径为R的半圆轨道BC竖直放置．一个质量为m 的小球以某一初速度从A点出发，经AB段进入半圆轨道，在B点时对轨道的压力为7mg，之后向上运动完成半个圆周运动恰好到达C点．试求：
如图所示，半径为r的圆筒，绕竖直中心轴OO′旋转，小物块a靠在圆筒的内壁上，它与圆筒内壁间的动摩擦因数为μ，现要使a不下落，则圆筒转动的角速度ω至少为（ ）