Question

如圖所示為圓形區(qū)域的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B、方向垂直紙面向里，邊界跟y軸相切于坐標(biāo)原點O。O點處有一放射源，沿紙面向各方向射出速率均為v的某種帶電粒子，帶電粒子在磁場中做圓周運動的半徑是圓形磁場區(qū)域半徑的兩倍。已知該帶電粒子的質(zhì)量為m、電荷量為q，不考慮帶電粒子的重力。
（1）推導(dǎo)帶電粒子在磁場空間做圓周運動的軌道半徑；
（2）求帶電粒子通過磁場空間的最大偏轉(zhuǎn)角；
（3）沿磁場邊界放置絕緣彈性擋板，使粒子與擋板碰撞后以原速率彈回，且其電荷量保持不變。若從O點沿x軸正方向射入磁場的粒子速度已減小為v/2，求該粒子第一次回到O點經(jīng)歷的時間。

Answer 1

解：（1）帶電粒子進入磁場后，受洛倫茲力作用，由牛頓第二定律得：
所以

（2）設(shè)粒子飛出和進入磁場的速度方向夾角為φ，則sin，x是粒子在磁場中軌跡的兩端點的直線距離。x最大值為2R，對應(yīng)的就是φ最大值，且2R=r
所以
（3）當(dāng)粒子的速度減小為v/2時，在磁場中作勻速圓周運動的半徑為
故粒子轉(zhuǎn)過四分之一圓周，對應(yīng)圓心角為90°時與邊界相撞彈回，由對稱性知粒子經(jīng)過四個這樣的過程后第一次回到O點，亦即經(jīng)歷時間為一個周期
粒子在磁場中做勻速圓周運動的周期
所以從O點沿x軸正方向射出的粒子第一次回到O點經(jīng)歷的時間是