在受控热核聚变反应的装置中温度极高,因而带电粒子没有通常意义上的容器可装,而是由磁场将带电粒子的运动束缚在某个区域内.现有一个环形区域,其截面内圆半径R1=33m,外圆

◎ 题目

在受控热核聚变反应的装置中温度极高,因而带电粒子没有通常意义上的容器可装,而是由磁场将带电粒子的运动束缚在某个区域内.现有一个环形区域,其截面内圆半径R1=

3
3
m,外圆半径R2=1.0m,区域内有垂直纸面向外的匀强磁场(如图所示).已知磁感应强度B=1.0T,被束缚带正电粒子的荷质比为
q
m
=4.0×107C/kg,不计带电粒子的重力和它们之间的相互作用.
(1)若中空区域中的带电粒子由O点沿环的半径方向射入磁场,求带电粒子不能穿越磁场外边界的最
大速度vo
(2)若中空区域中的带电粒子以(1)中的最大速度vo沿圆环半径方向射入磁场,求带电粒子从刚进入磁
场某点开始到第一次回到该点所需要的时间t.
魔方格

◎ 答案


魔方格
(1)根据几何关系,则有:R12+r2=(R2-r)2
解得:r=
1
3

由牛顿第二定律,则有qv0B=m
v02
r

解得:v0=1.33×107m/s
(2)如图,则有:tgθ=
R1
r
=

3
,θ=
π
3

带电粒子必须三次经过磁场,才会回到该点
在磁场中的圆心角为
4
3
π
,则在磁场中运动的时间为
t1=3×
2
3
T=2T=
4πm
Bq
=3.14×10-7s

在磁场外运动的时间为t2=3×
2R1
v0
=
3

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