如图所示,无重力空间中有一恒定的匀强磁场,磁感应强度的方向垂直于xOy平面向外,大小为B,沿x 轴放置一个垂直于xOy平面的较大的荧光屏,P点位于荧光屏上,在y

如图所示,无重力空间中有一恒定的匀强磁场,磁感应强度的方向垂直于xOy平面向外,大小为B,沿x 轴放置一个垂直于xOy平面的较大的荧光屏,P点位于荧光屏上,在y

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如图所示,无重力空间中有一恒定的匀强磁场,磁感应强度的方向垂直于xOy平面向外,大小为B,沿x 轴放置一个垂直于xOy平面的较大的荧光屏,P点位于荧光屏上,在y轴上的A点放置一放射源,可以不断地沿平面内的不同方向以大小不等的速度放射出质量为m、电荷量为+q的同种粒子,这些粒子打到荧光屏上能在屏上形成一条亮线,P点处在亮线上,已知OA=OP=l,求:
(1)若能打到P点,则粒子速度的最小值为多少?
(2)若能打到P点,则粒子在磁场中运动的最长时间为多少?
答案
解:(1)粒子在磁场中运动,洛伦兹力提供向心力,设粒子的速度大小为v时,其在磁场中的运动半径为R,则F=qBv
由牛顿运动定律有:
若粒子以最小的速度到达P点时,其轨迹一定是以AP为直径的圆(圆心为图中O1
由几何关系知
则粒子的最小速度V=

(2)粒子在磁场中的运动周期
设粒子在磁场中运动时其轨迹所对应的圆心角为θ,则粒子在磁场中的运动时间为
由图可知,在磁场中运动时间最长的粒子的运动轨迹如图中圆O2所示,此时粒子的初速度方向竖直向上
则由几何关系有:
则粒子在磁场中运动的最长时间:
举一反三
如图所示,空间有一个垂直于xOy平面向里的有界匀强磁场,磁场的边界分别是y=1m、y=0、x=1.5 m、x=-1.5 m。一束带正电的粒子垂直于磁场从O点沿y轴正方向以不同大小的速度射入磁场,已知带电粒子的 质量m=1×10-6 kg,带电荷量q=2×10-4 C,磁感应强度B=0.5 T,不计带电粒子的重力和粒子间的相互作用。试求:
(1)若某个粒子经过坐标(-1.5,0.5)处,则该粒子射入磁场的速度和在磁场中运动的时间分别为多少?
(2)若从O点射入粒子的速度均大于200 m/s,则求粒子从磁场上边界射出的范围。
(3)若只改变磁场区域的上边界y的值,使粒子无论以多大的速度从O点射入磁场后都不会从磁场的左边界射出,求磁场上边界y的值。
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如图所示,L1和L2为两条平行线,L1上方和L2下方都是垂直于纸面向里的磁感应强度相同的足够大匀强磁场,L1与L2之间为真空。区域A、B两点都在L2上。带电粒子(不计重力)从A点以初速度v与L2成θ=30°斜向上射出,粒子第一次斜向上穿过L2时,将该点标记为B点。下列判断正确的是
[     ]
A.粒子一定带正电
B.带电粒子经过B点时的速度一 定跟在A点的速度相同
C.将带电粒子在A点时的初速度变大但方向不变,它一定不过B点
D.将带电粒子在A点时的初速度变大但方向不变,它一定经过B点
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如图所示,匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直于纸面向里,MN为其左边界。磁场中有一半径为R、轴线与磁场平行的金属圆筒,圆筒的圆心O到MN的距离OO1=3R,OO1所在直线与圆筒右侧壁交于A点,圆筒通过导线与电阻r0,连接并接地。现有范围足够大的平行电子束以相同的速度从很远处垂直于MN向右射入磁场区。当金属圆筒最初不带电时,发现电子只能射到圆筒上以A点和C点为界的弧ADC上,而AEC弧上各点均不能接收到电子;当圆筒上电荷量达到相对稳定后,通过电阻r0的电流恒为I。已知电子质量为m,电荷量为e,忽略运动电子间的相互作用,取大地或无穷远处电势为零。求:
(1)在最初圆筒上没有带电时,电子射入磁场时的初速度v0
(2)电阻r0中的电流恒定时电阻r0上端处的电势φ;
(3)电阻r0中的电流恒定时电子到达圆筒时速度v的大小和金属圆筒的发热功率P。
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在足够大的匀强磁场中,静止的钠的同位素2411Na发生衰变,沿与磁场垂直的方向释放出一个粒子后,变为一个新核,新核与放出粒子在磁场中运动的径迹均为圆,如图所示,以下说法正确的是
[     ]
A.新核为2412Mg
B.发生的是α衰变
C.轨迹2是新核的径迹
D.新核沿顺时针方向旋转
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如图所示,一长为L的薄壁玻璃管放置在水平面上,在玻璃管的a端放置一个直径比玻璃管直径略小的小球,小球带电荷量为-q、质量为m。玻璃管右边的空间存在方向竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场。磁场的左边界与玻璃管平行,右边界足够远。玻璃管带着小球以水平速度v0垂直于左边界向右运动,由于水平外力的作用,玻璃管进入磁场后速度保持不变,经一段时间后小球从玻璃管b端滑出并能在水平面内自由运动,最后从左边界飞离磁场。设运动过程中小球的电荷量保持不变,不计一切阻力。求:
(1)小球从玻璃管b端滑出时速度的大小;
(2)从玻璃管进入磁场至小球从b端滑出的过程中,外力F随时间t变化的关系;
(3)小球飞离磁场时速度的方向。
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