如图所示,匀强磁场的磁感应强度为B=0.15T,方向垂直纸面向内,处于半径为R=0.1m的圆形区域内,匀强磁场的最左端与

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  • 解题思路:(1)由洛仑兹力充当向心力可求得粒子半径,粒子离开磁场后做直线运动,由几何关系可求得光点与A点的距离;

    (2)先画出圆形磁场转动β角情形下带电粒子在磁场中运动情形;由几何关系可得出y的表达式,再由数学规律即可求得最长时间;

    (3)磁场旋转后,粒子的轨迹不变,只是轨迹的长度变化了,求解出粒子击中光屏的点与A点距离的表达式分析后,运用解析法得到极值.

    (1)带电粒子在磁场中运动半径r满足:

    qvB=m

    v2

    r ①

    由①解得:

    r=

    mv

    qB=0.2m

    带电粒子运动轨迹如图(a)所示.

    根据图中几何三角关系列出:

    tanθ=

    R

    r ②

    α=2θ ③

    y=Rtanα ④

    由①-④解得:

    y=

    0.4

    3m=[2/15]m;

    (2)由图(a)可知,粒子在磁场中运动的圆心角2θ,根据带电粒子在磁场中运动时间与圆心角关系:

    t=

    2θm

    qB ⑤

    由⑤和sinθ=

    d

    2r可知,当弦长d=2R时,圆心角2θ为最大,粒子运动时间最大,满足:

    sinθ=

    R

    r=

    1

    2 ⑥

    由⑥解得圆心角2θ=60°,由此得粒子速度方向在第Ⅳ象限,与x轴成30°角时,在磁场中运动时间最大,最长时间为:

    t=

    πm

    3qB=[π

    108×0.15=2.1×10-7s;

    (3)先画出圆形磁场转动θ角情形下带电粒子在磁场中运动情形,如图(b)所示,由图中几何和三角关系列出:

    x=rtanθ ⑦

    α=2θ ⑧

    y=(2R-x)tanα ⑨

    由⑦-⑨

    y=(2R−rtanθ)tanα=0.2(1−tanθ)

    2tanθ

    1−tan2θ=

    0.4tanθ/1+tanθ=

    0.4

    cotθ+1] ⑩

    由⑩可知,当θ角最大时,y也最大.当带电粒子入射点和射出点刚好在一条直径上时,θ角最大.sinθ=

    R

    r=

    1

    2,θ=30° (11)

    由⑧⑨解得:

    ym=0.2(

    3−1)m

    答:(1)沿着x轴正方向射出的粒子通过磁场后击中光屏的点与A点距离为[2/15]m;

    (2)沿与x轴成30°角方向发射的粒子在磁场中运动的时间最长,最长时间是2.1×10-7s;

    (3)磁场绕O点转过的角度为30°,最大距离为0.2(

    点评:

    本题考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动;带电粒子在匀强电场中的运动.

    考点点评: 带电粒子在磁场中的运动,一般应先明确粒子运动的圆心和半径,再根据题意作出带电子的可能的运动轨迹,根据几何关系及相应的数学知识进行求解,不难.

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