如图,在x轴下方有匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于xy平面向外.P是y轴上距原点为h的一点,N0为x轴上距原点为a的一点.A是一块平行于x轴的挡板,与x轴的距离为h2,A的

◎ 题目

如图,在x轴下方有匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于x y平面向外.P是y轴上距原点为h的一点,N0为x轴上距原点为a的一点.A是一块平行于x轴的挡板,与x轴的距离为
h
2
,A的中点在y轴上,长度略小于
a
2
.带点粒子与挡板碰撞前后,x方向的分速度不变,y方向的分速度反向、大小不变.质量为m,电荷量为q(q>0)的粒子从P点瞄准N0点入射,最后又通过P点.不计重力.求粒子入射速度的所有可能值.
魔方格

◎ 答案


魔方格
设粒子的入射速度为v,第一次射出磁场的点为N′0,与板碰撞后再次进入磁场的位置为N1,子在磁场中运动的轨道半径为R,有R=
mv
qB
…(1)
粒子速率不变,每次进入磁场与射出磁场位置间距离x1保持不变有x1=N0′N0=2Rsinθ…(2)
粒子射出磁场与下一次进入磁场位置间的距离x2始终不变,与N0′N0相等.由图可以看出x2=a…(3)
设粒子最终离开磁场时,与档板相碰n次(n=0、1、2、3…).
若粒子能回到P点,由对称性,出射点的x坐标应为-a,即(n+1)x1-nx2=2a…(4)
由(3)(4)两式得x1=
n+2
n+1
a
…(5)
若粒子与挡板发生碰撞,有x1-x2
a
4
…(6)
联立(3)(4)(6)得:n<3…(7)
联立(1)(2)(5)得:v=
qB
2msinθ
?
n+2
n+1
a
…(8)
sinθ=
h

a2+h2 
代入(8)中得
v0=
qBa

a2+h2
mh
,n=0

v1=
3qBa

a2+h2
4mh
,n=1

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