如图所示,在y轴右侧平面内存在方向向里的匀强磁场,磁感应强度大小B=0.5T,坐标原点o有一放射源,可以向y轴右侧平面沿各个方向放射比荷为mq=2.5×10-7Kg/C的正离子,这些离

◎ 题目

如图所示,在y轴右侧平面内存在方向向里的匀强磁场,磁感应强度大小B=0.5T,坐标原点o有一放射源,可以向y轴右侧平面沿各个方向放射比荷为
m
q
=2.5×10-7
Kg/C的正离子,这些离子速率分别在从0到最大值υm=2×106m/s的范围内,不计离子之间的相互作用.
(1)求离子打到y轴上的范围
(2)若在某时刻沿+x方向放射各种速率的离子,求经过
3
×10-7
s时这些离子所在位置构成的曲线方程
(3)若从某时刻开始向y轴右侧各个方向放射各种速率的离子,求经过
3
×10-7
时已进入磁场的离子可能出现的区域面积.
魔方格

◎ 答案


魔方格
(1)离子进入磁场中做圆周运动的最大半径为R
由牛顿第二定律得:Bqυ=m
υ2
R

解得:R=
Bq
=1
m
由几何关系知,离子打到y轴上的范围为0到2m.
(2)离子在磁场中运动的周期为T,
T=
2πR
υ
=
2πm
Bq
=π×10-6
s
t时刻时,这些离子轨迹所对应的圆心角为θ
θ=
2πt
T
=
π
3

这些离子构成的曲线如图1所示,并令某一离子在此时刻的坐标为(x,y)
则  x=rsinθ,
    y=r(1-cosθ)
代入数据并化简得:y=

3
3
x
0≤x≤

3
2

(3)将第(2)问中图2中的OA段从沿y轴方向顺时针方向旋转,在x轴上找一点C,以R为半径作圆弧,相交于B,则两圆弧及y轴所围成的面积即为在t=0向y轴右侧各个方向不断放射各种速度的离子在t=
3
×10-7
时已进入磁场的离子所在区域.
由几何关系可求得此面积为:S=
5
12
πR2+
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