解题思路:(1)α粒子在该磁场中的运动由洛伦兹力提供向心力做匀速圆周运动,由几何知识证明.
(2)带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,由洛仑兹力充当向心力可求得粒子的半径,则根据几何关系可求得ab上被打中的区域的长度.
(1)
取圆周上A、B两点,作出线速度方向如图,根据三角形相似可知,[△v/AB=
vA
R],当时间△t→0时,AB≈
AB,而
AB=Rθ
得,△v=[Rθv/R]=θv.则加速度为a=[△v/△t]=[θv/△t]=ωv,又v=ωR,得到a=
v2
R.
(2)α粒子带正电,故在磁场中沿逆时针方向做匀速圆周运动,
用R表示轨道半径,有qvB=m
v2
R①
由此得R=[mv/qB=
v
q
mB] 代入数值得R=20cm
因朝不同方向发射的α粒子的圆轨迹都过S,由此可知,某一圆轨迹在图中N左侧与ab相切,则此切点P1就是α粒子能打中的左侧最远点.为定出P1点的位置,可作平行于ab的直线cd,cd到ab的距离为R,以S为圆心,R为半径,作弧交cd于Q点,过Q作ab的垂线,它与ab的交点即为P1.NP1=
R2−(R−L)2=10
3cm.②
再考虑N的右侧.任何α粒子在运动中离S的距离不可能超过2R,以2R为半径、S为圆心作圆,交ab于N右侧的P2点,此即右侧能打到的最远点.
由图中几何关系得NP2=
(2R)2−L2=10
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: 带电粒子在磁场中的运动解题的关键在于确定圆心和半径,然后再由几何关系即可求得要求的问题.