题目内容
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| 8 |
附:部分三角函数值
| φ |
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||||||||||||||||||
| tanφ | 3.08 | 1.73 | 1.00 | 0.73 | 0.58 | 0.48 | 0.41 | 0.36 | 0.32 |
分析:P2与欲逃逸出圆筒的P1正碰圆筒内,两粒子碰撞应当在C点.碰撞过程均无机械能损失,碰后两粒子以原速率返回.P1第一与圆筒碰撞在D点,由几何知识,可求出轨迹半径和C到D的时间,运用归纳法求出在P2和P1相邻两次碰撞时间间隔内,粒子P1与筒壁的可能碰撞次数.
解答:解:粒子在磁场中匀速圆周运动的周期T=
,
由几何知识,得半径r=Rtan
=
从C到D的时间tCD=
T
P1、P2每次碰撞都应当在C点.
设P1在圆筒内转动了n圈和筒壁碰撞了K次后与P2相碰于C点,则K+1=
所以两粒子每次碰撞的时间间隔t=tCD(K+1)=
?
(k+1)=
(k+1)
在t 时间内,P2向左运动x再回到C,平均速度为
t=2
=
≤
=
由上述两式可得,
≥
(k+1)
(k+1)
(1-
)≤
R
tan
(k+1-2n)≤
当 n=1,K=2、3、4、5、6、7 时符合条件,K=1、8、9…不符合条件
当 n=2,3,4….时,无论K等于多少,均不符合条件.
答:在P2和P1相邻两次碰撞时间间隔内,粒子P1与筒壁的可能碰撞次数为2、3、4、5、6、7.
| 2πm |
| qB |
由几何知识,得半径r=Rtan
| θ |
| 2 |
| mv |
| qB |
从C到D的时间tCD=
| π-θ |
| 2π |
P1、P2每次碰撞都应当在C点.
设P1在圆筒内转动了n圈和筒壁碰撞了K次后与P2相碰于C点,则K+1=
| 2πn |
| θ |
所以两粒子每次碰撞的时间间隔t=tCD(K+1)=
| 2πm |
| qB |
| π-θ |
| 2π |
m(π-
| ||
| qB |
在t 时间内,P2向左运动x再回到C,平均速度为
| v |
| 2 |
t=2
| x | ||
|
| 4x |
| v |
| 4d |
| v |
| 5πR |
| 2v |
由上述两式可得,
| 5πR |
| 2v |
m(π-
| ||
| qB |
(k+1)
| mv |
| qB |
| 2n |
| k+1 |
| 5 |
| 2 |
tan
| nπ |
| k+1 |
| 5 |
| 2 |
当 n=1,K=2、3、4、5、6、7 时符合条件,K=1、8、9…不符合条件
当 n=2,3,4….时,无论K等于多少,均不符合条件.
答:在P2和P1相邻两次碰撞时间间隔内,粒子P1与筒壁的可能碰撞次数为2、3、4、5、6、7.
点评:归纳法在高中物理中经常用到的方法.不能认为带电粒子在磁场中每转一圈两粒子就碰撞一次.
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