一个质量为m,带电量为+q的带电粒子(不计重力),从图中原点O处以初速v0射入一个有界的匀强磁场中,已知v0方向为+y方向,匀强磁场的方向垂直于纸面向外(即+z方向),磁感应强度大小

◎ 题目

一个质量为m,带电量为+q的带电粒子(不计重力),从图中原点O处以初速v0射入一个有界的匀强磁场中,已知v0方向为+y方向,匀强磁场的方向垂直于纸面向外(即+z方向),磁感应强度大小为B,它的边界为半径是r的圆形,O点恰在它的圆周上.粒子进入磁场后将做匀速圆周运动,已知它做圆周运动的轨道半径比圆形磁场的半径r大.

(1)改变这个圆形磁场区域的圆心的位置,可改变粒子在磁场中的偏转角度.求粒子在磁场中的最大偏转角度(用反三角函数表示).
(2)当粒子在磁场中的偏转角度最大时,它从磁场中射出后沿直线前进一定能打到x轴上,求满足此条件的r的取值范围.
 

◎ 答案

(1)最大偏转角度为π-2arccos(rBq/mv0).        (2)

◎ 解析



(1)粒子在磁场中作圆运动,如图所示,圆心O1在x轴上,半径为R(OO1=R).设磁场区域的圆心在图中O2处时,它在磁场中偏转角度最大,此时射出点恰为直径OO2的另一端.由几何关系可看出,最大偏转角度为π-2arccos(rBq/mv0).
(2)当粒子在磁场中的偏转角度最大时,它从磁场中射出后沿直线前进一定能打到x轴上,则偏转角度要大于π/2,则可解出粒子能打到x轴上的条件为

◎ 知识点

    专家分析,试题“一个质量为m,带电量为+q的带电粒子(不计重力),从图中原点O处以初速v0射入一个有界的匀强磁场中,已知v0方向为+y方向,匀强磁场的方向垂直于纸面向外(即+z方向),磁感应强度大小…”主要考查了你对  【带电粒子在匀强磁场中的运动】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。

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