如图所示,矩形区域I和II内分别存在方向垂直于纸面向外和向里的匀强磁场(AA′、BB′、CC′、DD′为磁场边界,四者相互平行),磁感应强度大小均为B,矩形区域的长度足够长,两磁场

◎ 题目

如图所示,矩形区域I和II内分别存在方向垂直于纸面向外和向里的匀强磁场(AA′、BB′、CC′、DD′为磁场边界,四者相互平行),磁感应强度大小均为B,矩形区域的长度足够长,两磁场宽度及BB′与CC′之间的距离均相同.某种带正电的粒子从AA′上O1处以大小不同的速度沿与O1A成α=30°角进入磁场(如图所示,不计粒子所受重力),当粒子的速度小于某一值时,粒子在区域I内的运动时间均为t0.当速度为v0时,粒子在区域I内的运动时间为
t0
5
.求:
(1)粒子的比荷
q
m

(2)磁场区域I和II的宽度d;
(3)速度为v0的粒子从Ol到DD′所用的时间.
魔方格

◎ 答案


魔方格
(1)若速度小于某一值时粒子不能从BB′离开区域I,只能从AA′边离开区域I.则无论粒子速度大小,在区域I中运动的时间相同.轨迹如图所示(图中只画了一个粒子的轨迹).则粒子在区域I内做圆周运动的圆心角为φ=300°,
由 Bqv=m
v2
R
   T=
2πR
v
          
得:粒子做圆周运动的周期T=
2πm
qB

由t0=
5
6
T=
5πm
3qB
        
解得:
q
m
=
3t0B

所以粒子的比荷为
q
m
=
3t0B

(2)速度为v0时粒子在区域I内运动时间为
t0
5
,设轨迹所对圆心角为φ2
由t0=
T
φ1     
t0
5
=
T
φ2
     
得:φ2=
1
5
φ1
=60°.
所以其圆心在BB′上,穿出BB′时速度方向与BB′垂直,其轨迹如图所示,
设轨道半径为R,由qv0B=m
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