(2010•海淀区模拟)如图所示,在一个正方形区域abcd内存在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场,现从ad边的

(2010•海淀区模拟)如图所示,在一个正方形区域abcd内存在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场,现从ad边的中心O点处,垂直磁场方向射入一速度为v0的带正电粒子,v0与ad边垂直.已知粒子质量为m,带电量为q,正方形的边长为L,不计粒子的重力.
(1)若要使粒子能从ab边射出磁场,求v0的大小范围;
(2)粒子在磁场中运动的最长时间是多少?
斜阳之外 1年前 已收到1个回答 举报

wuhan0408 幼苗

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解题思路:(1)粒子进入磁场中.由洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律得到半径公式r=[mv/qB],粒子的速度v越大,轨迹半径r越大.粒子从ab边射出磁场时,从a点射出,轨迹半径最小,对应的速度最小,从b点射出,轨迹半径最大,对应的速度最大,根据几何关系求出半径,再由牛顿第二定律求出对应的速度,即可得到速度的范围.
(2)粒子在磁场中运动的周期T=[2πm/qB],运动时间t=[θ/2π]T,θ是轨迹所对应的圆心角,T是一定的,θ越大,t越大,当θ最大时,t最长.由图知,θ最大为π,则知最长时间为[1/2]T.

(1)当粒子从a点射出时,轨迹半径最小,设为r1.对应的速度最小,设为v1.当粒子从从b点射出时,轨迹半径最大,设为r2.对应的速度最大,设为v2
根据几何关系得:r1=[1/4]L,
r22=L2+(r2−
1
2L)2
则得 r2=[5/4L
根据牛顿第二定律得:qvB=m
v2
r]
则得v=[qBr/m]
故有v1=[qBL/4m],v2=[5qBL/4m]
所以要使粒子能从ab边射出磁场,v0的大小范围为[qBL/4m]≤v0≤[5qBL/4m].
(2)粒子运动周期为 T=[2πm/qB]
当粒子从oa边射出时,转过的圆心角最大,为π.故粒子在磁场中运动的最长时间为t=[1/2]T=[πm/qB].
答:
(1)要使粒子能从ab边射出磁场,v0的大小范围为[qBL/4m]≤v0≤[5qBL/4m].
(2)粒子在磁场中运动的最长时间为[πm/qB].

点评:
本题考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动.

考点点评: 带电粒子在磁场中运动的类型,确定向心力来源,画出轨迹,运用牛顿第二定律列式是惯用的解题思路.平时要加强训练,才能运用自如.

1年前

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