(2014•常德二模)在如图所示的平面直角坐标系xOy中,第一象限内存在一个半径为R的圆形匀强磁场区域,磁场的磁感应强度

(2014•常德二模)在如图所示的平面直角坐标系xOy中,第一象限内存在一个半径为R的圆形匀强磁场区域,磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向里,且圆形磁场区域在第一象限中与两坐标轴相切.大量质量均为m、电荷量均为-q的带电粒子(重力忽略不计)沿x轴正方向经过y轴,然后以相同速度v=
BqR
m
匀速射入磁场区域.求:
(1)从(0,R)射入的粒子射出磁场时的位置坐标;
(2)离开磁场时速度方向与x轴的正方向成30°的粒子进入磁场时的位置坐标和它在第一象限内运动的时间.
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ttxs12345 幼苗

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解题思路:(1)根据洛伦兹力提供向心力求出粒子在磁场中运动的轨道半径,结合几何关系得出射出磁场时点的位置坐标.
(2)作出粒子在磁场中运动的轨迹图,离开磁场时速度方向与x轴的正方向成30°,结合几何关系求出粒子进入磁场时的位置坐标,根据粒子在磁场中运动的圆心角得出粒子在磁场中运动的时间,结合匀速直线运动的时间求出在第一象限内运动的时间.

(1)粒子从(0,R)射入磁场,轨迹半径为r,洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律有:
qvB=m
v2
r得:r=[mv/qB=R
所以粒子圆心O点,离开磁场时坐标为(R,0),
(2)设粒子从任意位置P射入磁场,从Q点射出磁场,O2为轨迹圆心,O1为磁场圆心.由几何关系可知,四边形O2P O1Q必为菱形,故Q点坐标为(R,0)
故(R,0)为所有射出磁场粒子的射出点坐标.当射出磁场粒子与x轴正方向成300夹角时,作出如图所示轨迹图
由几何关系可知
粒子射入磁场的x坐标为 x=R-Rsin30°
粒子射入磁场的y坐标为 y=R-Rcos30°
所以该粒子射入点坐标为(
R
2],
2−
3
2 R)
粒子在磁场中运动时间t1=[T/12]
T=[2πR/v]
解得t1=[πm/6qB].
粒子做匀速直线运动时间t2=[x/v]
解得t2=[m/2Bq]
在第一象限运动时间t=t1+t2=
(3+π)m
6qB.
答:(1)从(0,R)射入的粒子射出磁场时的位置坐标为(R,0).
(2)离开磁场时速度方向与x轴的正方向成30°的粒子进入磁场时的位置坐标为([R/2],
2−
3
2 R),它在第一象限内运动的时间为
(3+π)m
6qB.

点评:
本题考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动.

考点点评: 本题考查了带电粒子在磁场中运动问题,关键作出轨迹图,确定圆心、半径和圆心角,本题对数学几何能力的要求较高,需加强训练.

1年前

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