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试卷云
如图1所示,在空间内的O点有一粒子源,可沿xOy平面的任意方向发射速度大小为v0的带正电粒子。平面内有一半径为R的圆形,与x轴的其中一个交点为Q。在该圆形区域外加一方向垂直平面向外,磁感应强度大小为B的匀强磁场。已知从O点发出的粒子恰好都不会进入圆形区域,不计粒子重力和粒子间的相互作用。,。
(1)求粒子的比荷;
(2)若粒子速度大小改为时,求能进入圆形区域的粒子从O点发射的速度方向与x轴正方向所成角度θ的范围;
(3)撤去垂直平面向外的匀强磁场B,如图2所示在空间内用垂直于x轴平行于yOz平面的足够大界面P将的区域分成Ⅰ、Ⅱ两部分,分别加上方向相反且平行于y轴,磁感应强度大小仍为B的匀强磁场,xOy平面内射入的粒子速度与x轴正向成,该粒子在Ⅰ、Ⅱ两区域内运动后会经过y轴上的A点,求A点与O点的距离。
【答案】(1);(2)或;(3)
【知识点】带电粒子在弧形边界磁场中运动、带电粒子在直边界磁场中运动
【详解】(1)从O点发出的粒子恰好都不会进入圆形区域,则沿y轴正方向射入的粒子的轨迹与圆恰好相切,根据几何关系有
粒子圆周运动,由洛伦兹力提供向心力,则有
解得
(2)若粒子速度大小改为时,粒子圆周运动,由洛伦兹力提供向心力,则有
结合上述解得
若粒子在轨迹与圆形区域右上侧相切,作出示意图如图所示
根据几何关系有
解得
将上述轨迹旋转,当轨迹与圆形区域左下侧相切时,作出示意图如图所示
根据几何关系有
解得
可知
若粒子在轨迹与圆形区域左上侧相切,作出示意图如图所示
根据几何关系有
解得
将上述轨迹旋转,当轨迹与圆形区域右下侧相切时,作出示意图如图所示
根据几何关系有
解得
则有
综合上述有
或
(3)将速度沿水平与竖直分解为与,竖直方向分速度与磁场平行,做匀速直线运动,水平方向分速度与磁场垂直,做匀速圆周运动,作出俯视图如图所示
粒子圆周运动由洛伦兹力提供向心力,则有
,
结合上述解得
则粒子回到A的时间
则A点与O点的距离
解得