Question

（A）如圖所示，在邊長為L=1m的等邊三角形ACD區(qū)域內(nèi)，存在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=

3

3

T、方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，現(xiàn)有一束比荷

q

m

=10²C/kg帶正電粒子，從AC邊中點(diǎn)P以平行于CD邊的某一速度射入磁場(chǎng)，粒子的重力可忽略不計(jì)．
（1）若粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度大小為v₀=10m/s，求粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑；
（2）若粒子能從AC邊飛出磁場(chǎng)，求粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間；
（3）為使粒子能從CD邊飛出磁場(chǎng)，粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度大小應(yīng)滿足的條件？

Answer 1

分析：（1）根據(jù)牛頓第二定律，由洛倫茲力提供向心力，則即可求解；
（2）根據(jù)題意，作出運(yùn)動(dòng)軌跡，由幾何關(guān)系，求出圓心角，算出運(yùn)動(dòng)的時(shí)間；
（3）粒子恰從CD邊出磁場(chǎng)，根據(jù)幾何關(guān)系，則可確定各自運(yùn)動(dòng)的半徑．從而求出對(duì)應(yīng)的速度，確定結(jié)果．

解答：解：（1）洛倫茲力提供向心力，則有：qvB=m

v2

r

，
解之得：r=

mv

qB

=

10

3 3

×102m=0.1732m
（2）從AC邊出磁場(chǎng)如圖

圓心角θ=

4π

3

則有運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為：t=

θ

2π

T
 而T=

2πr

v

=

2πm

qB

解之得：T=2π

3

×10-2s
t=

4 3 π

3

×10-2s=7.25×10-2s
（3）設(shè)恰從CD邊出磁場(chǎng)的軌跡半徑為r₁和r₂．
根據(jù)幾何關(guān)系，則有2r1=

L

2

sin60°
解得：r1=

3

8

L
由幾何關(guān)系，有(r2-

3

4

L)2+(

3L

4

)2=

r

2 2

，
解得：r2=

3

2

L
由qvB=m

v2

r

，
得v=

qBr

m

，
則v₁=

3 qBL

8m

=12.5m/s
又v2=

3 qBL

2m

得v₂=50m/s
即12.5m/s＜v＜50m/s
答：（1）若粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度大小為v₀=10m/s，則粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑0.1732m；
（2）若粒子能從AC邊飛出磁場(chǎng)，則粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間7.25×10^-2s；
（3）為使粒子能從CD邊飛出磁場(chǎng)，粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度大小應(yīng)滿足的條件：12.5m/s＜v＜50m/s．

點(diǎn)評(píng)：考查洛倫茲力提供向心力，掌握牛頓第二定律的應(yīng)用，學(xué)會(huì)幾何關(guān)系在此應(yīng)用，并形成解題套路．