带电粒子的质量为m,电量为q,以初速度v沿y轴正方向从原点O射入一半径为r的圆形磁场区域后,又从磁场射出.圆形磁场垂直于xOy平面,磁场边界过坐标原点O,磁感应强度为B,带电粒子的重力不计,它在磁场中做匀速圆周运动,轨迹圆半径R>r.
(1)改变磁场区域的位置,可以改变带电粒子穿越磁场时的速度偏转角,为使偏转角有最大值,该磁场区域的圆心应在什么位置,最大偏转角多大?
(2)为使带电粒子从圆形磁场区域中射出后能通过Ox轴上某点,该磁场区域半径应满足怎样的条件?
思路点拨:粒子在磁场中做半径为 R的圆周运动,因磁场有界,磁场的位置不同,轨迹圆弧所对的弦长不同,弦长越大,偏转角越大,当弦长为圆形磁场的直径时,弦长最大,偏转角最大.正确解答: (1)设粒子从P点射出磁场时,偏转角最大,则OP为磁场区域的直径,磁场的圆心为OP中点(如图所示),其坐标为: .设最大偏转角为 ,则, .(2) 要粒子能通过Ox轴,粒子的最大偏转角必须大于,即,所以 ,即.所以磁场区域的半径 r必须满足,才能使带电粒子能通过Ox轴上某点.小结点评:带电粒子在磁场中运动的速度偏转角等于轨迹圆弧所对的圆心角,知道轨迹圆弧所对的弦长最大时速度偏转角最大,是解决本题的关键,在圆形磁场区域中,轨迹圆弧所对的最长的弦即为圆形磁场的直径. |
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