如图所示,在正方形区域abcd内充满方向垂直纸面向里的、磁感应强度为B的匀强磁场.在t=0时刻,一位于ad边中点o的粒子源在abcd平面内发射出大量的同种带电粒子,所有粒子的初速

◎ 题目

如图所示,在正方形区域abcd内充满方向垂直纸面向里的、磁感应强度为B的匀强磁场.在t=0时刻,一位于ad边中点o的粒子源在abcd平面内发射出大量的同种带电粒子,所有粒子的初速度大小相同,方向与od边的夹角分布在0~180°范围内.已知沿od方向发射的粒子在t=t0时刻刚好从磁场边界cd上的p点离开磁场,粒子在磁场中做圆周运动的半径恰好等于正方形边长L,粒子重力不计,求:
(1)粒子的比荷q/m;
(2)假设粒子源发射的粒子在0~180°范围内均匀分布,此时刻仍在磁场中的粒子数与粒子源发射的总粒子数之比;
(3)从粒子发射到全部粒子离开磁场所用的时间.

◎ 答案

(1)初速度沿od方向发射的粒子在磁场中运动的轨迹如图,其园心为n,由几何关系有:sin∠onp=
L
2
L
=
1
2
,所以∠onp=
π
6
,又t0=
T
12

粒子做圆周运动的向心力由洛仑兹力提供,根据牛顿第二定律得Bqv=mr(
T
)2
,又v=
2πr
T

联立得
q
m
=
π
6Bt0

即粒子的比荷为
π
6
Bt0

(2)依题意,同一时刻仍在磁场中的粒子到o点距离相等,在t0时刻仍在磁场中的粒子应位于以o为圆心,op为半径的弧pw上,如图所示.
由图知tan∠nop=
L
2
L-:Lcos
π
6
=2+

3
,解得∠nop=
12
,所以∠pow=
6
,N=
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6
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