解题思路:(1)粒子在磁场中做匀速圆周运动,当其轨迹恰好与ab边相切时,轨迹半径最小,对应的速度最小.当其轨迹恰好与cd边相切时,轨迹半径最大,对应的速度最大,由几何知识求出,再牛顿定律求出速度的范围.
(2)粒子轨迹所对圆心最大时,在磁场中运动的最长时间.当其轨迹恰好与ab边相切或轨迹更小时,时间最长,求出圆心角,再求时间.
(1)设带电粒子在磁场中正好经过ab边(相切),从ad边射出所对应的速度为v1(如图所示)
)
从几何关系有:R+Rsin30°=
l
2
解得:R=
l
3
由半径公式为:R=
mv
Bq,
可得:v1=
Bql
3m
设带电粒子在磁场中正好经过cd边(相切),从ab边射出时的速度为v2,从几何关系可得:R=l(如图所示
)
由半径公式R=
mv
Bq,可得v2=
Bql
m
可见带电粒子在磁场中从ab边射出,其速度应满足:
[Bql/3m]<v<[Bql/m]
(2)带电粒子在磁场中的周期为:
T=
2πR
v0=
2πm
qB
根据带电粒子在磁场的轨迹占圆周比值最大即运动时间最长(或圆周所对圆心角最大),所以当速度为v1时,具有最长时间为:
tmax=
θ
2π•T=
5πm
3qB
答:(1)粒子能从ab边上射出磁场的v0的大小范围满足[Bql/3m]<v<[Bql/m];
(2)粒子在磁场中运动的最长时间是[5πm/3qB]
点评:
本题考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动.
考点点评: 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动解题一般程序是
1、画轨迹:确定圆心,几何方法求半径并画出轨迹.
2、找联系:轨迹半径与磁感应强度、速度联系;偏转角度与运动时间相联系,时间与周期联系.
3、用规律:牛顿第二定律和圆周运动的规律.