如图所示，半径为R的绝缘圆筒中有沿轴线方向的匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，匀强磁场的磁感应强度为B，圆筒形场区的边界由弹性材料构成。一个质量为m．电荷量为q

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如图所示，半径为R的绝缘圆筒中有沿轴线方向的匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，匀强磁场的磁感应强度为B，圆筒形场区的边界由弹性材料构成。一个质量为m．电荷量为q的正离子(不计重力)以某一速度从筒壁上的小孔M进入筒中，速度方向与半径成θ=30°夹角，并垂直于磁场方向。离子和筒壁的碰撞无能量和电荷量的损失．若选择合适的进入速度，离子可以从M孔射出。问：

(1)离子的速度多大时，离子可以在最短的时间内返回M孔最短的时间是多少?
(2)如果离子与筒壁发生两次碰撞后从M孔射出，离子的速率是多大?从进入圆筒到返回M孔经历的时间是多少?

答案

(1)

(2)

解析

(1)离子要在最短的时间内返回M孔，离子只能与圆筒碰撞一次，据此画出离子的运动轨迹如图所示，碰撞点在过M点的直径的另一端N。设离子在磁场中的轨迹半径为r，速率为V₁.根据向心力公式

,①结合图中的几何关系可得r=2R，②解得离子的速率

,③离子在磁场中走过的每段圆弧对应的圆心角

=60°，④经历的时间

,⑤即

.⑥
(2)离子与筒壁发生两次碰撞后从M孔射出，根据对称性画出离子的运动轨迹如图所示。
结合图中的几何关系可得r=R， ⑦
则离子的速率

， ⑧
离子在磁场中走过的每段圆弧对应的圆心角

′=120°， ⑨
经历的时间

。 ⑩

举一反三

在边长为2a的正△ABC内存在垂直纸面向里的磁感强度为B的匀强磁场，有一带正电q，质量为m的粒子从距A点

的D点垂直AB方向进入磁场，如下图所示，求：

(1)粒子速率应满足什么条件，粒子能从AB间射出；
(2)粒子速率应满足什么条件，粒子能从AC间射出。

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如图所示，在光滑绝缘的水平面内，对角线AC将边长为L的正方形分成ABC和ADC两个区域，ABC区域有垂直于水平面的匀强磁场，ADC区域有平行于DC并由C指向D的匀强电场．质量为m、带电量为+q的粒子从A点沿AB方向以v的速度射入磁场区域，从对角线AC的中点O进入电场区域．

（1）判断磁场的方向并求出磁感应强度B的大小．
（2）讨论电场强度E在不同取值时，带电粒子在电场中运动的时间t．

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如图所示，在半径为R圆形区域有垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场，从A点沿着AO方向垂直磁场射入大量带正电、电荷量为q、质量为m、速率不同的粒子，不计粒子间的相互作用力和重力，关于这些粒子在磁场中的运动以下说法正确的是（）

A．这些粒子出射方向的反向延长线不一定过O点

B．速率越大的粒子在磁场中通过的弧长越长，时间也越长

C．这些粒子在磁场中的运动时间相同

D．若粒子速率满足v=qBR/m，则粒子出射方向与入射方向垂直

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长为L的水平极板间，有垂直纸面向内的匀强磁场，如图所示，磁感强度为B，板间距离也为L，板不带电，现有质量为m，电量为q的带正电粒子（不计重力），从左边极板间中点处垂直磁感线以速度v水平射入磁场，欲使粒子不打在极板上，可采用的办法是

A．使粒子的速度v<BqL/4m

B．使粒子的速度v>5BqL/4m

C．使粒子的速度v>BqL/m

D．使粒子速度BqL/4m<v<5BqL/4m

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如图所示，在真空中坐标xOy面的x＞0区域内，有磁感应强度B=1.0×10^-2T的匀强磁场，方向与xOy平面垂直，在x轴上的P(10,0)点处有一放射源，在xOy平面内向各个方向发射速率为v=1.0×10⁵m/s的带正电粒子，粒子的质量为m=1.0×10^-26kg，粒子带电量为q=1.0×10^-18C，则带电粒子能打到y轴上的范围是（重力的影响不计）（）

A．－10cm≤y≤10cm

B．－10cm≤y≤

C．

cm≤y≤

D．

cm≤y≤10cm

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