Question

【題目】如圖，真空室內(nèi)存在勻強磁場，磁場方向垂直紙面向里，磁感應強度的大小B=0．60T，場區(qū)足夠寬，磁場內(nèi)有一塊平面感光薄板ab,板面與磁場方向平行，在距ab的距離l=16cm處，ab中垂線上有一個點狀的α放射源S，它向各個方向發(fā)射α粒子（氦核），α粒子的速度都是v=3．0×106m/s，已知α粒子的電荷與質量之比q/m=5．0×107C/kg，現(xiàn)只考慮在圖紙平面中運動的α粒子

（1）若ab長度為20cm，求ab下側被α粒子打中的區(qū)域的長度．

（2）要使ab上側能全部被α粒子打中，ab的長度應為多大?

Answer 1

【答案】（1）18cm．（2）ab的長度應小于16cm

【解析】

試題分析：（1）α粒子帶正電，故在磁場中沿逆時針方向做勻速圓周運動，

用R表示軌道半徑，有…①

由此得：

代入數(shù)值得：R=10cm．

可見，2R＞l＞R．

因朝不同方向發(fā)射的α粒子的圓軌跡都過S，由此可知，某一圓軌跡在圖中N左側與ab相切，則此切點P1就是α粒子能打中的左側最遠點．為定出P1點的位置，可作平行于ab的直線cd，cd到ab的距離為R，以S為圓心，R為半徑，作弧交cd于Q點，過Q作ab的垂線，它與ab的交點即為P1．NP1＝，

解得：NP1=8cm…②

再考慮N的右側．任何α粒子在運動中離S的距離不可能超過2R，以2R為半徑、S為圓心作圓，交ab于N右側的P2點，由圖中幾何關系得：NP2＝，

解得：NP2=12cm…③

由于右側實際長度Nb=10cm＜NP═12cm，應取Nb=10cm．

所以所求長度為：P1P2=NP1+Nb=18cm…④

（2）要全部打中ab上側，ab的長度應在圖示的圓內(nèi)，

根據(jù)幾何知識可得：cb2=sc×（2R-sc），

解得：cb=8cm，所以ab＜16cm時就能打中ab上側．