题目
如图所示为圆形区域的匀强磁场,磁感应强度为B、方向垂直纸面向里,边界跟y轴相切于坐标原点O. O点处有一放射源,沿纸面向各方向射出速率均为v的某种带电粒子,带电粒子在磁场中做圆周运动的半径是圆形磁场区域半径的两倍.已知该带电粒子的质量为m、电荷量为q,不考虑带电粒子的重力.
(1)推导带电粒子在磁场空间做圆周运动的轨道半径;
(2)求带电粒子通过磁场空间的最大偏转角;
(3)沿磁场边界放置绝缘弹性挡板,使粒子与挡板碰撞后以原速率弹回,且其电荷量保持不变.若从O点沿x轴正方向射入磁场的粒子速度已减小为
(1)推导带电粒子在磁场空间做圆周运动的轨道半径;
(2)求带电粒子通过磁场空间的最大偏转角;
(3)沿磁场边界放置绝缘弹性挡板,使粒子与挡板碰撞后以原速率弹回,且其电荷量保持不变.若从O点沿x轴正方向射入磁场的粒子速度已减小为
v |
2 |
提问时间:2021-02-26
答案
(1)带电粒子进入磁场后,受洛伦兹力作用,由牛顿第二定律得:
Bqυ=m
υ2 |
r |
r=
mυ |
Bq |
(2)设粒子飞出和进入磁场的速度方向夹角为ϕ,则sin
φ |
2 |
x |
2r |
x最大值为2R,对应的就是φ最大值.且2R=r
所以sin
φmax |
2 |
R |
r |
1 |
2 |
(3)当粒子的速度减小为
v |
2 |
mv |
2qB |
故粒子转过四分之一圆周,对应圆心角为90°时与边界相撞弹回,由对称性知粒子经过四个这样的过程后第一次回到O点,亦即经历时间为一个周期.
粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期:T=
2πm |
Bq |
所以从O点沿x轴正方向射出的粒子第一次回到O点经历的时间是:t=
2πm |
Bq |
答:(1)带电粒子在磁场空间做圆周运动的轨道半径为
mυ |
Bq |
(2)带电粒子通过磁场空间的最大偏转角为60°;
(3)沿磁场边界放置绝缘弹性挡板,使粒子与挡板碰撞后以原速率弹回,且其电荷量保持不变.若从O点沿x轴正方向射入磁场的粒子速度已减小为
v |
2 |
2πm |
Bq |
举一反三
已知函数f(x)=x,g(x)=alnx,a∈R.若曲线y=f(x)与曲线y=g(x)相交,且在交点处有相同的切线,求a的值和该切线方程.
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