如图所示，圆心在原点、半径为的圆将平面分为两个区域，在圆内区域Ⅰ（）和圆外区域Ⅱ（）分别存在两个匀强磁场，方向均垂直于平面。垂直于平面放置两块平面荧光屏，其中荧

题型：北京专项题难度：来源：

如图所示，圆心在原点、半径为的圆将平面分为两个区域，在圆内区域Ⅰ（）和圆外区域Ⅱ（）分别存在两个匀强磁场，方向均垂直于平面。垂直于平面放置两块平面荧光屏，其中荧光屏甲平行于轴放置在=的位置，荧光屏乙平行于轴放置在=的位置。现有一束质量为、电荷量为（）、动能为的粒子从坐标为（，0）的点沿轴正方向射入区域Ⅰ，最终打在荧光屏甲上，出现亮点的坐标为（，）。若撤去圆外磁场，粒子也打在荧光屏甲上，出现亮点的坐标为（0，），此时，若将荧光屏甲沿轴负方向平移，发现亮点的轴坐标始终保持不变。不计粒子重力影响。
（1）求在区域Ⅰ和Ⅱ中粒子运动速度、的大小；
（2）求在区域Ⅰ和Ⅱ中磁感应强度、的大小和方向；
（3）若上述两个磁场保持不变，荧光屏仍在初始位置，但从点沿轴正方向射入区域Ⅰ的粒子束改为质量为、电荷量为、动能为的粒子，求荧光屏上出现亮点的坐标。

答案

解：（1）由于在磁场中运动时洛仑兹力不做功，所以在区域Ⅰ和Ⅱ中粒子运动速度大小就是在点入射时初始速度大小，由可得
 
（2）粒子在区域Ⅰ中运动了四分之一圆周后，从C点沿轴负方向进入区域Ⅱ的磁场。如图所示，圆周运动的圆心是点，半径为由，得，方向垂直平面向外
粒子进入区域Ⅱ后做半径为的圆周运动，由，可得
圆周运动的圆心坐标为（，）
圆周运动轨迹方程为
将点的坐标（，）代入上式，可得
求得：，方向垂直平面向里
（3）如图所示，粒子先在区域Ⅰ中做圆周运动由可知，运动速度为
轨道半径为
由圆心的坐标（，）可知，与的夹角为。通过分析如图的几何关系，粒子从D点穿出区域Ⅰ的速度方向与轴正方向的夹角为
粒子进入区域Ⅱ后做圆周运动的半径为
其圆心的坐标为（，），即（，），说明圆心恰好在荧光屏乙上，所以，亮点将出现在荧光屏乙上的P点
其轴坐标为
其轴坐标为=