題目列表(包括答案和解析)
(帶電粒子在磁場中的運動)如圖所示,兩個同心圓,半徑分別為r和2 r,在兩圓之間的環形區域內存在垂直紙面向里的勻強磁場,磁感應強度為B.圓心O處有一放射源,放出粒子的質量為m,帶電量為q,假設粒子速度方向都和紙面平行.
(1)圖中箭頭表示某一粒子初速度的方向,OA與初速度方向夾角為60°,要想使該粒子經過磁場第一次通過A點,則初速度的大小是多少?
(2)要使粒子不穿出環形區域,則粒子的初速度不能超過多少?
某同學設想用帶電粒子的運動軌跡做出“0”、“8”字樣,首先,如圖甲所示,在真空空間的豎直平面內建立直角坐標系
,在
和
處有兩個與
軸平行的水平界面
和
,它們把空間分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個區域,在三個區域內分別存在勻強磁場
、
、
,其
大小滿足,方
向如圖甲所示.在Ⅱ區域內的軸左右
兩側還分別存在勻強電場、
(圖中
未畫出),忽略所有電、磁場的邊緣效應.
是以坐標原點
為中心對稱的正方
形,其邊長.現在界面
上的
A處沿軸正方向發射一比荷
的帶正電荷的粒子(重力不計),粒子恰能沿圖中實線途經B、C、,D三點后回到A點并做周期性運動,軌跡構成一個“0”字.已知粒子每次穿越Ⅱ區域時均做直線運動.
(1)求、
的大小和方向.
(2)去掉Ⅱ和Ⅲ區域中的勻強電場和磁場,其他條件不變,仍在A處以相同的速度發射相同的粒子,請在Ⅱ和Ⅲ區城內重新設計適當的勻強電場或勻強磁場,使粒子運動的軌跡成為上下對稱的“8”字,且粒子運動的周期跟甲圖中相同.請通過必要的計算和分析,求出你所設計的“場”的大小、方向和區域,并在乙圖中描繪出帶電粒子的運動軌跡和你所設計的“場”.(上面半圓軌跡已在圖中畫出)
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