一足够长的矩形区域abcd内充满磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场,矩形区域的左边界ad长为L,现从ad中点O垂直于磁场射入一速度方向与ad边夹角为30
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一足够长的矩形区域abcd内充满磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场,矩形区域的左边界ad长为L,现从ad中点O垂直于磁场射入一速度方向与ad边夹角为30
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一足够长的矩形区域abcd内充满磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场,矩形区域的左边界ad长为L,现从ad中点O垂直于磁场射入一速度方向与ad边夹角为30°、大小为v
0
的带正电粒子,如图所示.已知粒子电荷量为q,质量为m(重力不计):
(1)若要求粒子能从ab边射出磁场,v
0
应满足什么条件?
(2)若要求粒子在磁场中运动的时间最长,粒子应从哪一条边界处射出?最长时间是多少?出射点位于该边界上何处?
答案
(1)粒子带正电,粒子运动的轨迹如图所示,当粒子的速度大于与R
1
相对应的速度v
1
时,粒子将恰好不从dc边射出.
由几何关系可得:R
1
=L…①
由洛仑兹力和向心力公式可得:qv
1
B=m
v
1
2
R
1
…②
当粒子的速度小于与R
2
相对应的速度v
2
时,粒子将从ad边射出.
由几何关系可得:R
2
+R
2
sin30°=
1
2
L…③
由③式解得:R
2
=
1
3
L…④
由洛仑兹力和向心力公式可得:qv
2
B=m
v
2
2
R
2
…⑤
将①④式分别代入②⑤式可解得v
1
=
qBL
m
,v
2
=
qBL
3m
所以v
0
的取值范围是
qBL
3m
<v
0
≤
qBL
m
.
(2)若粒子在磁场中运动的时间最长,其对应的圆周运动的圆心角必然最大,在答图中,当粒子的速度小于v
2
时,粒子从ad边的不同位置射出时,其半径虽不同,但圆心角的夹角都是
5
6
×2π,所以粒子在磁场中的运动时间也是
5
6
T,此即粒子在磁场中运动的最长时间.
粒子运动的周期:T=
2πR
v
=
2πm
qB
所以粒子运动的最长时间为:t=
5
6
T=
5πm
3qB
.
OP
=2R
2
sin30°=R
2
=
1
3
L
即:粒子将从O点上方的
1
3
L的范围射出磁场.
答:(1)若要求粒子能从ab边射出磁场,v
0
应满足
qBL
3m
<v
0
≤
qBL
m
.
(2)若要求粒子在磁场中运动的时间最长,粒子应从ad边界处射出,最长时间是
5πm
3qB
,
出射点位于该边界上O点上方
1
3
L处.
举一反三
已知质子与氦核的质量之比为1:4,电荷量之比为1:2.当质子和氦核在同一匀强磁场中做半径相同的圆周运动时.设此时质子的动能为E
1
,氦核的动能为E
2
,则E
1
:E
2
等于( )
A.4:1
B.2:1
C.1:1
D.1:2
题型:不详
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一个初速度为零的质子,经过电压为U的电场加速后,垂直进入磁感应强度B的匀强磁场,已知质子质量m,电量q,试求:
(1)质子进入磁场中的速度?
(2)质子在磁场中运动的轨道半径及周期?
题型:不详
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如图,某一初速度为v
0
的带电粒子进入一垂直于纸面向里、磁感应强度大小为B的有界匀强磁场,粒子垂直进入磁场时的速度与水平方向成θ=45°角,接着垂直进入一水平宽度为L、方向竖直向上的匀强电场(E大小未知),粒子穿出电场时速度大小变为原来的
2
倍.已知带电粒子的质量为m、电荷量为q,重力不计.
(1)分析判断粒子的电性;
(2)求磁场的水平宽度d;
(3)求该匀强电场的电场强度E的大小.
题型:不详
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质量和电荷量都相等的带电粒子M和N,以不同的速率经小孔S垂直进入匀强磁场,运行的半圆轨迹如图中两个虚线所示,下列表述正确的是( )
A.M带正电,N带负电
B.M的速率大于N的速率
C.洛伦磁力对M、N做正功
D.M的运行时间大于N的运行时间
题型:不详
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一个重力不计的带电粒子,以大小为v的速度从坐标(0,L)的a点,平行于x轴射入磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外的圆形匀强磁场区域,并从x轴上b点射出磁场,射出速度方向与x轴正方向夹角为60°,如图.求:
(1)带电粒子在磁场中运动的轨道半径;
(2)带电粒子的比荷
m
q
及粒子从a点运动到b点的时间;
(3)其他条件不变,要使该粒子恰从O点射出磁场,求粒子入射速度大小.
题型:不详
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