如图所示,在平行于纸面的平面上建立一个xoy平面直角坐标系,在此坐标系的第一象限内有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B.一个反质子(质量与质子相同,电荷与质子等值反

◎ 题目

如图所示,在平行于纸面的平面上建立一个xoy平面直角坐标系,在此坐标系的第一象限内有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B.一个反质子(质量与质子相同,电荷与质子等值反性)和一个.粒子从坐标原点0垂直磁场方向以相同速度v进入磁场中,速度方向与x轴夹角为30°.已知,反质子的质量为m,带电量为e且为负电荷,a粒子的质量为4m,带电量为2e.
(1)反质子和a粒子在磁场中运动时间之比是多少?
(2)分别求出这两个粒子射出磁场区时的位置坐标.
魔方格

◎ 答案

(1)依题知粒子在磁场中受洛伦兹力作用而做匀速圆周运动,设圆周运动半径为R,周期为T,由牛顿第二定律得
魔方格

    qvB=m
mv2
R

则得 R=
mv
qB
,T=
2πR
v
=
2πm
qB

反质子的轨道半径为RP′=
mv
eB
,周期为TP′=
2πm
eB

α粒子的轨道半径为 Rα=
4mv
2eB
=
2mv
eB

Tα=
2π?4m
2eB
=
4πm
eB

它们的运动轨迹如图所示,由几何知识知,反质子运动的轨迹对应的圆心角为θ1=60°=
π
3

α粒子运动的轨迹对应的圆心角为θ2=120°=
3

则反质子在磁场中运动的时间为 tP′=
1
6
TP′=
1
6
×
2πm
eB
=
3eB

α粒子在磁场中运动的时间为tα=
1
3
Tα=
4πm
3eB

∴反质子和α粒子在磁场中运动时间之比是
tP′
tα
=
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