如圖所示,以MN為界的兩勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B1=2B2,方向垂直紙面向里,現(xiàn)有一質(zhì)量為m、帶電量為q的正粒子,從O點(diǎn)沿圖示方向進(jìn)入B1中.
(1)試畫出此粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡
(2)求經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間粒子重新回到O點(diǎn)?
分析:(1)粒子在兩種磁場(chǎng)中只受洛倫茲力,做勻速圓周運(yùn)動(dòng),根據(jù)牛頓第二定律可知半徑之比為1:2,根據(jù)左手定則,分析粒子旋轉(zhuǎn)方向,畫出軌跡.
(2)根據(jù)軌跡,確定時(shí)間與周期的關(guān)系,求出粒子重新回到O點(diǎn)的時(shí)間.
解答:解:(1)設(shè)粒子在磁場(chǎng)B1和B2中圓周運(yùn)動(dòng)的半徑分別為r1、r2
則r1=
mv
qB1
,r2=
mv
qB2

由題B1=2B2,得r1:r2=1:2
根據(jù)左手定則判斷可知,粒子在磁場(chǎng)B1中沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn),在磁場(chǎng)B2中沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn).則軌跡如圖.
    (2)粒子在磁場(chǎng)B1中運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1=T1=
2πm
qB1

      粒子在磁場(chǎng)B2中運(yùn)動(dòng)時(shí)間t2=
1
2
T2=
πm
qB2

則t=t1+t2=
2πm
qB2

答:(1)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖.
    (2)經(jīng)過
2πm
qB2
時(shí)間粒子重新回到O點(diǎn).
點(diǎn)評(píng):本題重點(diǎn)考查作圖能力.帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問題,畫軌跡是解決這類問題的關(guān)鍵.
練習(xí)冊(cè)系列答案
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科目:高中物理 來源: 題型:

(2011?廣安二模)我國(guó)科學(xué)家在對(duì)放射性元素的研究中,進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn):如圖所示,以MN為界,左、右兩邊分別是電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)和磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),且兩場(chǎng)區(qū)域足夠大.在距離界線為S處平行于MN固定一內(nèi)壁光滑的瓷管PQ,開始時(shí)一個(gè)放射性元素的原子核處在管口P處,某時(shí)刻該原子核平行于界線的方向放出一質(zhì)量為m、帶電量-e的電子,發(fā)現(xiàn)電子在分界線處速度方向與界線成60°角進(jìn)入右邊磁場(chǎng),反沖核在管內(nèi)做勻速直線運(yùn)動(dòng),當(dāng)?shù)竭_(dá)管另一端Q點(diǎn)時(shí),剛好俘獲了這個(gè)電子而靜止.求:
(1)瓷管PQ的長(zhǎng)度1;(2)反沖核的質(zhì)量M.

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我國(guó)科學(xué)家在對(duì)放射性元素的研究中,進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn):如圖所示,以MN為界,左、右兩邊分別是磁感應(yīng)強(qiáng)度為2B和B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),且磁場(chǎng)區(qū)域足夠大.在距離界線為l處平行于MN固定一個(gè)光滑的瓷管PQ,開始時(shí)一個(gè)放射性元素的原子核處在管口P處,某時(shí)刻該原子核沿平行于界線的方向放出一個(gè)質(zhì)量為m、帶電量為-e的電子,發(fā)現(xiàn)電子在分界線處以方向與界線成60°角的速度進(jìn)入右邊磁場(chǎng)(如圖所示),反沖核在管內(nèi)勻速直線運(yùn)動(dòng),當(dāng)?shù)竭_(dá)管另一端Q點(diǎn)時(shí),剛好又俘獲了這個(gè)電子而靜止.求:
(1)電子在兩磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑大小(僅用l表示)和電子的速度大。
(2)反沖核的質(zhì)量.

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(2005?南通二模)我國(guó)科學(xué)家在對(duì)放射性元素的研究中,進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn):如圖所示,以MN為界,左、右兩邊分別是磁感應(yīng)強(qiáng)度為2B和B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),且磁場(chǎng)區(qū)域足夠大.在距離界線為l處平行于MN固定一個(gè)長(zhǎng)為s光滑的瓷管PQ,開始時(shí)一個(gè)放射性元素的原子核處在管口P處,某時(shí)刻該原子核平行于界線的方向放出一質(zhì)量為m、帶電量-e的電子,發(fā)現(xiàn)電子在分界線處速度方向與界線成60°角進(jìn)入右邊磁場(chǎng),反沖核在管內(nèi)勻速直線運(yùn)動(dòng),當(dāng)?shù)竭_(dá)管另一端Q點(diǎn)時(shí),剛好又俘獲了這個(gè)電子而靜止.求:
(1)電子在兩磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑大。▋H用l表示)和電子的速度大;
(2)反沖核的質(zhì)量.

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如圖所示,以MN為界的兩勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1=2B2,一帶電+q、質(zhì)量m的粒子從O點(diǎn)垂直MN進(jìn)入B1磁場(chǎng),則經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間它將向下通過O點(diǎn)(不計(jì)粒子重力)( 。

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