Question

如圖所示，在一底邊長為2a，θ=30°的等腰三角形區域內（D在底邊中點），有垂直紙面向外的勻強磁場．現有一質量為m，電量為q的帶正電粒子從靜止開始經過電勢差為U的電場加速后，從D點垂直于EF進入磁場，不計重力和與空氣阻力的影響．

（1）若粒子恰好垂直于EC邊射出磁場，求磁場的磁感應強度B為多少？

（2）改變磁感應強度的大小，粒子進入磁場偏轉后能打到ED板，求粒子從進入磁場到第一次打到ED板的最長時間是多少？

（3）改變磁感應強度的大小，可以再延長粒子在磁場中的運動時間，求粒子在磁場中運動的極限時間．（不計粒子與ED板碰撞的作用時間．設粒子與ED板碰撞前后，電量保持不變并以相同的速率反彈）

 

Answer 1

【答案】

(1)依題意，粒子經電場加速射入磁場時的速度為v  

由        得   ………………①　　（１分）

粒子在磁場中做勻速圓周運動其圓心在E點，如圖所示，半徑 …………②

由洛侖茲力提供向心力：   ………③　　　　　（１分）

由①②③式得：   　　　　　　　（2分）

  (2)　粒子速率恒定，從進入磁場到第一次打到ED板的圓周軌跡到EC邊相切時,路程最長，運動時間最長．如圖，設 圓周半徑為r₂

由圖中幾何關系：     

得：   ……………④ 　　　　（2分）

最長時間     ………⑤　　　（2分）

由①④⑤式得：　　　（2分）   

(3)　設粒子運動圓周半徑為r，越小，后一次打到ED板的點越靠近E端點,在磁場中圓周運動累積路程越大，時間越長．當r為無窮小，經過n個半圓運動,最后一次打到E點．

有：    ………………⑥  　　　　　　 （２分） 

圓周運動周期：     …………⑦  　　（1分）

最長的極限時間：    …………⑧  　　（３分）

由⑥⑦⑧式得：  　　　（２分）

【解析】略