如图所示,在矩形区域内有垂直于纸平面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B=5.0×10-2T,矩形区域长为235m,宽为0.2m,在AD边中点O处有一放射源,某时刻,放射源沿纸面向磁场

◎ 题目

如图所示,在矩形区域内有垂直于纸平面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B=5.0×10-2T,矩形区域长为
2

3
5
m,宽为0.2m,在AD边中点O处有一放射源,某时刻,放射源沿纸面向磁场中各方向均匀地辐射出速率均为v=2×l06m/S的某种带正电粒子,带电粒子质量m=1.6×10-27kg.电荷量为q=+3.2×l0-19C(不计粒子重力),求:
(1)带电粒子在磁场中做圆周运动的半径为多大?
(2)从BC边界射出的粒子中,在磁场中运动的最短时间为多少?
(3)若放射源向磁场内共辐射出了N个粒子,求从CD边界射出的粒子有多少个?

◎ 答案

(1)洛伦兹力提供向心力:qvB=m
v2
R

得:R=
mv
qB
=0.2m
(2)因为所有粒子的轨迹半径相同,所以弦最短的圆弧所对应的圆心角最小,运动时间最短.
作EO⊥AD,EO弦最短,

因为
.
EO
=0.2m,且R=0.2m
所以对应的圆心角为θ=
π
3

又qvB=mR(
T
2
得:T=
2πm
qB

则最短时间为:t=
θm
qB
=
πm
3qB
=
π
3
×10-7s
(3)判断从O点哪些方向射入磁场的粒子将会从CD边射出,如图为两个边界,
当速度方向满足一定条件时,粒子将从D点射出磁场,
.
OD
=

3
5
m,且R=0.2m
由三角函数知识可知∠OO2D=
3

此时射入磁场的粒子速度方向与OD夹角为
π
3

当轨迹圆与BC边相切时,因为R=0.2m,
.
CD
=0.2m,可知圆心O1
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