解题思路:做出轨迹,根据牛顿第二定律求出半径,圆形磁场区域的最小面积是以磁场中圆周运动轨迹对应弦为直径的圆.
根据牛顿第二定律:qv0B=m
v02
R
则粒子在磁场中做圆周的半径R=
mv0
qB
根据题意,粒子在磁场区域中的轨道为半径等于R的圆上的[1/3]圆周,这段圆弧应与入射方向的速度、出射方向的速度相切,如图所示,
则到入射方向所在直线和出射方向所在直线相距为R的O′点就是圆周的圆心.粒子在磁场区域中的轨道就是以O′为圆心、R为半径的圆上
的圆弧ef,而e点和f点应在所求圆形磁场区域的边界上,在通过e、f两点的不同的圆周中,最小的一个是以ef连线为直径的圆周.
即得圆形区域的最小半径r=Rsin60°=
3mv0
2qB
则这个圆形区域磁场的最小面积Smin=πr2=[3/4]π(
mv0
qB)2
答:这个圆形区域磁场的最小面积为[3/4]π(
mv0
qB)2.
点评:
本题考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动;牛顿第二定律;向心力.
考点点评: 此题考查磁场区域面积的极值问题,此题的关键是确定出圆心,且从a到b有圆周运动有直线运动.