Question

【題目】如圖，A、C兩點分別位于x軸和y軸上，∠OCA=30°，OA的長度為L．在△OCA區域內有垂直于xOy平面向里的勻強磁場．質量為m、電荷量為q的帶正電粒子，以平行于y軸的方向從OA邊射入磁場．已知粒子從某點射入時，恰好垂直于OC邊射出磁場，且粒子在磁場中運動的時間為t0．不計重力．

（1）求磁場的磁感應強度的大小；

（2）若粒子先后從兩不同點以相同的速度射入磁場，恰好從OC邊上的同一點射出磁場，求該粒子這兩次在磁場中運動的時間之和；

（3）若粒子從某點射入磁場后，其運動軌跡與AC邊相切，且在磁場內運動的時間為，求粒子此次入射速度的大小.

Answer 1

【答案】(1) ；(2) ；(3)

【解析】試題分析：(1)粒子垂直OA進入磁場中，轉過90°，垂直打在y軸上，則，求出周期，由周期公式，求B的大小

(2)畫出兩個粒子的運動軌跡，設軌跡所對應的圓心角分別為和，由幾何關系有，可得到時間之和等于；

(3) 根據圓周運動知識知道，兩粒子在磁場中運動的時間差與成正比，只要求出的最大值，即可求得的最大值。

（1）粒子在磁場中做勻速圓周運動，在時間t0內其速度方向改變了90°，故其周期

T=4t0①

設磁感應強度大小為B，粒子速度為v，圓周運動的半徑為r．由洛倫茲力公式和牛頓定律得 ②

勻速圓周運動的速度滿足③

聯立①②③式得 ④

（2）設粒子從OA變兩個不同位置射入磁場，能從OC邊上的同一點P射出磁場，粒子在磁場中運動的軌跡如圖所示．

設兩軌跡所對應的圓心角分別為θ1和θ2．由幾何關系有

θ1=180°﹣θ2 ⑤

粒子兩次在磁場中運動的時間分別為t1與t2，則

；⑥

（3）如下圖，由題給條件可知，該粒子在磁場區域中的軌跡圓弧對應的圓心角為150°．

設O'為圓弧的圓心，圓弧的半徑為r0，圓弧與AC相切與B點，從D點射出磁場，

由幾何關系和題給條件可知，此時有

∠OO'D=∠B O'A=30°⑦

⑧

設粒子此次入射速度的大小為v0，

由圓周運動線速度公式，則有： ⑨

聯立①⑦⑧⑨式得

點晴：對于帶電粒子在磁場中運動類型，要善于運用幾何知識幫助分析和求解，這是軌跡問題的解題關鍵，注意畫出正確的運動軌跡圖是解題的重點．