题目内容


如图所示,有一轴线水平且垂直纸面的固定绝缘弹性圆筒,圆筒壁光滑,筒内有沿轴线向里的匀强磁场BO是筒的圆心,圆筒的内半径r=0.40m。在圆筒底部有一小孔a(只能容一个粒子通过)。圆筒下方一个带正电的粒子经电场加速后(加速电场未画出),以v=2×104m/s的速度从a孔垂直磁场B并正对着圆心O进入筒中,该带电粒子与圆筒壁碰撞四次后恰好又从小孔a射出圆筒。.已知该带电粒子每次与筒壁发生碰撞时电量和能量都不损失,不计粒子的重力和空气阻力,粒子的荷质比q/m=5×107(C/kg),求磁感应强度B多大(结果允许含有三角函数式)?

 



解:带电粒子在磁场中作匀速圆周运动, 得:   (2分)

由于带电粒子与圆筒壁碰撞时无电量和能量损失,那么每次碰撞前后粒子速度大小不变、速度方向总是沿着圆筒半径

方向,4个碰撞点与小孔a恰好将圆筒壁五等分,粒子在圆筒内的轨迹具有对称性,由5段相同的圆弧组成,设每段轨迹圆弧对应的圆心角为θ,则由几何关系可得:   解得,    (3)    (2分)

有两种情形符合题意(如图所示):

 


(1)情形1:每段轨迹圆弧对应的圆心角为    (2分)

联立(2)(3)并代入θ值得: T        (2分)

(2)情形2:每段轨迹圆弧对应的圆心角为      (2分)

 联立(2)(3)并代入θ值及数据得:T    (2分)


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