如图所示,直线MN下方无磁场,上方空间存在两个匀强磁场,其分界线是半径为R的半圆。分界线两侧的磁场方向相反且垂直于纸面,磁感应强度大小都为B。现有一质量为m、电荷量为

◎ 题目

如图所示,直线MN下方无磁场,上方空间存在两个匀强磁场,其分界线是半径为R的半圆。分界线两侧的磁场方向相反且垂直于纸面,磁感应强度大小都为B。现有一质量为m、电荷量为q的带负电微粒从P点沿半径方向向左侧射出,最终打到Q点,不计微粒的重力。求:
(1)微粒在磁场中运动的周期;
(2)从P点到Q点,微粒的运动速度大小及运动时间;
(3)若向里磁场是有界的,分布在以O点为圆心、半径为R和2R的两半圆之间的区域,上述微粒仍从P点沿半径方向向左侧射出,且微粒仍能到达Q点,求其速度的最大值。

◎ 答案

解:(1)设粒子运动的轨道半径为r,由
(2)粒子的运动轨迹将磁场边界分成n等份(n=2,3,4,..)
设每等份圆弧所对圆心角为2θ
由几何知识可得
又由得:
当n为偶数时,由对称性可得
当n为奇数时.t为周期的整数倍加上第一段的运动时间,即t=

(3)设x为O到粒子运动轨迹的圆心的距离,由几何知识得:
要不超出边界须有:

当n=2时不成立,如图(b)所示
 
比较当n=3、n=4时的运动半径,可知:当n=3时,运动半径最大,粒子的速度最大。即有

可得:

◎ 解析

“略”

◎ 知识点

    专家分析,试题“如图所示,直线MN下方无磁场,上方空间存在两个匀强磁场,其分界线是半径为R的半圆。分界线两侧的磁场方向相反且垂直于纸面,磁感应强度大小都为B。现有一质量为m、电荷量为…”主要考查了你对  【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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