如图所示,在空间中有一坐标系oxy,其第一象限中充满着两个方向不同的匀强磁场区域Ⅰ和Ⅱ.直线OP是它们的边界.区域Ⅰ中的磁感应强度为2B,方向垂直纸面向内,区域Ⅱ中的磁感应强

◎ 题目

如图所示,在空间中有一坐标系oxy,其第一象限中充满着两个方向不同的匀强磁场区域Ⅰ和Ⅱ.直线OP是它们的边界.区域Ⅰ中的磁感应强度为2B,方向垂直纸面向内,区域Ⅱ中的磁感应强度为B,方向垂直纸面向外,边界上的P点坐标为(3L,3L).一质量为m,电荷量为+q的粒子从P点平行于y轴正方向以速度v0=
2BqL
m
射入区域Ⅰ,经区域Ⅰ偏转后进入区域Ⅱ(忽略粒子重力),求:
(1)粒子在Ⅰ和Ⅱ两磁场中做圆周运动的半径之比;
(2)粒子在磁场中运动的总时间及离开磁场的位置坐标.
魔方格

◎ 答案

(1)带电粒子射入磁场中,由洛伦兹力提供向心力而做匀速圆周运动,根据牛顿第二定律得
魔方格

    qvB=m
v2
R
  ①
解得 R=
mv
qB
    ②
所以,粒子在Ⅰ和Ⅱ两磁场中做圆周运动的半径分别为:R1=
mv0
2qB
,R2=
mv0
qB
    ③
解得
R1
R2
=
1
2
    ④
(2)粒子在磁场中圆周运动的周期为T=
2πm
qB
   ⑤
可得 T1=
πm
qB
T2=
2πm
qB
            ⑥
粒子在区域Ⅰ中转过的圆心角为θ1=
3
2
π
    ⑦
粒子在区域Ⅰ中运动的时间为t1=
θ1
T1
   ⑧
解得t1=
3πm
4qB
      ⑨
粒子在区域Ⅱ中转过的圆心角为θ2=
π
2
       ⑩
粒子在区域Ⅱ中运动的时间为t2=
θ2
T2
     (11)
解得
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