(2010•盐城二模)如图所示,圆形区域的匀强磁场,磁感应强度为B、方向垂直纸面向里,边界跟y轴相切于坐标原点O.

(2010•盐城二模)如图所示,圆形区域的匀强磁场,磁感应强度为B、方向垂直纸面向里,边界跟y轴相切于坐标原点O. O点处有一放射源,沿纸面向各方向射出速率均为v的某种带电粒子,带电粒子在磁场中做圆周运动的半径是圆形磁场区域半径的两倍.已知该带电粒子的质量为m、电量为q,不考虑带电粒子的重力.
(1)推导粒子在磁场空间做圆周运动的轨道半径
(2)求粒子通过磁场空间的最大偏转角
(3)若粒子与磁场边界碰撞后以原速率反弹,则从O点沿x轴正方向射入磁场的粒子第一次回到O点经历的时间是多长?(已知arctan2=[7π/20])
麦麦艾 1年前 已收到1个回答 举报

月夜的百合 春芽

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解题思路:(1)带电粒子在洛伦兹力作用下,在匀强磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律可求得出轨道半径.
(2)粒子经过磁场的偏转角最大,即为在磁场中的弧长最长,也就是射入点到射出点的距离最大,由题意可知,射入点到射出点的距离最大为磁场的直径,由几何知识可求出最大偏转角.
(3)由几何关系可知粒子在与磁场边界相撞过程中所经过的圆心角,要能返回则应使粒子经过的圆心角之和为2π的整数倍.根据圆心角与周期求时间.

(1)带电粒子进入磁场后,受洛伦兹力作用,由牛顿第二定律得:
Bqυ=m
v2
r
得:轨道半径为r=[mv/Bq]
(2)设磁场圆形区域的半径为R,粒子飞出和进入磁场的速度方向夹角为φ,则轨迹所对应的圆心角也为φ,由几何知识得
sin[φ/2]=[x/2r],x是粒子在磁场中轨迹的两端点的直线距离.
x最大值为2R,对应的就是φ最大值.且2R=r
则sin
φm
2=[2R/2r]=[r/2r]=[1/2]
则得最大偏转角为φm=2arcsin[1/2].
(3)相邻碰撞点之间的圆弧对应的圆心角α有:tan[1/2α=
r
R]=2

即得[1/2]α=[7π/20],则α=[7/12π
要使粒子碰撞后返回O点,应有k1α=2πk2(k1、k2为整数)
易知第一次返回O点:k1=20,k2=7(即碰撞了20次,转了7周第一次回到O点)
故 t=20△t=20
π−α
2π]T=[6πm/Bq];
答:
(1)推导粒子在磁场空间做圆周运动的轨道半径
(2)粒子通过磁场空间的最大偏转角
(3)若粒子与磁场边界碰撞后以原速率反弹,则从O点沿x轴正方向射入磁场的粒子第一次回到O点经历的时间是[6πm/Bq].

点评:
本题考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动;牛顿第二定律;向心力.

考点点评: 该题考查到了带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径的推导,洛伦兹力提供向心力;带电粒子在圆形区域的匀强磁场中的偏转角,与在磁场中的弧长是成正比的,弧长越长,所对应的弦长也就越长,要会熟练的利用几何关系求解圆心角;对于由于有限制条件使得粒子多次在磁场中运动的情况,要彻底分析粒子的运动过程,分析其运动规律.

1年前

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