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

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 向心力/2022-09-29 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 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
v
2
,求该粒子第一次回到O点经历的时间.
魔方格

◎ 答案


魔方格

(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=
Bq

(2)设粒子飞出和进入磁场的速度方向夹角为?,则sin
φ
2
=
x
2r
,x是粒子在磁场中轨迹的两端点的直线距离.
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
φmax=60°

(3)当粒子的速度减小为
v
2
时,在磁场中作匀速圆周运动的半径为r1=
mv
2qB
=R

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
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
,该粒子第一次回到O点经历的时间为
2πm
Bq

◎ 解析

“略”

◎ 知识点

    专家分析,试题“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…”主要考查了你对  【向心力】,【牛顿第二定律】,【带电粒子在匀强磁场中的运动】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。

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