试题分析:(1)由题意:AB=9cm,AD=18cm,可得:
①
所有α粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径相同,设为R,根据牛顿第二定律有:
②
解得 R="0.2m=20cm" ③
由题意及几何关系可知:若条形磁场区域的右边界与沿OD方向进入磁场的α粒子的圆周轨迹相切,则所有α粒子均不能从条形磁场隔离区右侧穿出,如图一所示。设此时磁场宽度为d
0,由几何关系:
④
(2)设α粒子在磁场内做匀速圆周运动的周期为T,则:
⑤
设速度方向垂直于AD进入磁场区域的α粒子的入射点为E,如图二所示,因磁场宽度d=20cm<d
0,且R=20cm,则在∠EOD间岀射进入磁场区域的α粒子均能穿出磁场的右边界,在∠EOA间岀射进入磁场区域的α粒子均不能穿出磁场有边界,所以沿OE方向进入磁场区域的α粒子运动轨迹与磁场的右边界相切,在磁场中运动的时间最长。⑥
设在磁场中运动的最长时间为t
max,则:
⑦
若α粒子在磁场中做匀速圆周运动对应的圆弧轨迹的弦最短,则α粒子穿过磁场的时间最短,最短的弦长为磁场的宽度d
0⑧
设再磁场中运动的最短时间为t
min,轨迹如图二所示,因R=d,则圆弧对应的圆心角为60
0,故:
⑨