什么条件?、
9一足够长的矩形区域abcd内充满磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场,矩形区域的左边界ad长为L,现从ad中点O垂直于磁场射入一速度方向与ad边夹角为30°、大小为v0的带正电粒子,如下图所示.已知粒子电荷量为q,质量为m重力不计:
1)若要求粒子能从ab边射出磁场,v0应满足什么条件?2).若要求粒子在磁场中运动的时间最长,粒子应从哪一条边界处射出,出射点位于该边界上何处?最长时间是多少?【解析】略
1).
qBLqBLv03mm
2).tmax
max152m5mT223Bq3Bq
【解析】(1)当粒子轨迹恰好与cd边相切时,是粒子能从ab边射出磁场区域时轨迹圆半径最大的情况,设此半径为R1,如图甲所示。
0则有R1cos60
LR12
…………………………………………2分
可得:
R1L
当粒子轨迹恰好与ab相切时是粒子能从ab边射出磁场区域时轨迹圆半径最小的情况,设此半径为R2,如图乙所示
0则有:R2si
30R2
L2
…………………………………………2分
得:R2
L3
f故粒子从ab边射出的条件为R2RR1,即
LRL3
…………………………………………1分
根据qv0Bm所以
v0qBR,得v0mR
…………………………………………2分
qBLqBLv03mm
(2)因为t
mT2Bq
…………………………………………1分
所以粒子运动所经过的圆心角越大,粒子在磁场中运动时间越长,从图中可以看出,如果粒子从cd边射出,则圆心角最大为60°,若粒子从ab边射出,则圆心角最大为240°,粒子从ab边射出,圆心角最大为360°-60°=300°,由于磁场无右边界,故粒子不可能从右侧射出.综上所述,为使粒子在磁场中运动的时间最长,粒子应从ad边射出,如图乙所示,设出射点到O的距离为x,从图中可以看出,P点是离O距离最大的出射点
PO2R2si
300
则x
L3
………………………………………1分
L3
,即出射点到O的距离不超过
L………………………………………1分3
tmax
max152m5mT223Bq3Bq
…………………………………………2分
10.(16分)如图所示,在y>0的空间中存在匀强电场,场强沿y轴负方向;在y<0的空间中,存在匀强磁场,磁场方向垂直xy平面(纸面)向外一电荷量为q、质量为m的
f带正电的运动粒子,经过y轴上yh处的点P1时速率为v0方向沿x轴正方向;然后经过x轴上x2h处的P2点进入磁场,并经过y轴上y2h处的P3点不计重力求:(1)r