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如图所示,半径为R的绝缘圆筒中有沿轴线方向的匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里,匀强磁场的磁感应强度为B,圆筒形场区的边界由弹性材料构成。一个质量为m.电荷量为q的正离子(不计重力)以某一速度从筒壁上的小孔M进入筒中,速度方向与半径成θ=30°夹角,并垂直于磁场方向。离子和筒壁的碰撞无能量和电荷量的损失.若选择合适的进入速度,离子可以从M孔射出。问:

(1)离子的速度多大时,离子可以在最短的时间内返回M孔最短的时间是多少?
(2)如果离子与筒壁发生两次碰撞后从M孔射出,离子的速率是多大?从进入圆筒到返回M孔经历的时间是多少?
(1)  (2)  
(1)离子要在最短的时间内返回M孔,离子只能与圆筒碰撞一次,据此画出离子的运动轨迹如图所示,碰撞点在过M点的直径的另一端N。设离子在磁场中的轨迹半径为r,速率为V1.根据向心力公式,①结合图中的几何关系可得r=2R,②解得离子的速率,③离子在磁场中走过的每段圆弧对应的圆心角=60°,④经历的时间,⑤即.⑥
(2)离子与筒壁发生两次碰撞后从M孔射出,根据对称性画出离子的运动轨迹如图所示。
结合图中的几何关系可得r=R, ⑦
则离子的速率,   ⑧
离子在磁场中走过的每段圆弧对应的圆心角′=120°, ⑨
经历的时间。  ⑩
  
练习册系列答案
相关习题

科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

如图所示,一电子飞入匀强磁场,速度方向向左,关于电子受力方和说法正确的是(  )
A.向左B.向右C.向上D.向下

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科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

如图所示,带有正电荷的A粒子和B粒子先后以同样大小的速度从宽度为d的有界匀强磁场的边界上的O点分别以30°和60°(与边界的夹角)射入磁场,又都恰好不从另一边界飞出,则下列说法中正确的是(   )

A.A、B两粒子在磁场中做圆周运动的半径之比是
B.A、B两粒子在磁场中做圆周运动的半径之比是
C.A、B两粒子之比是
D.A、B两粒子之比是

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科目:高中物理 来源:不详 题型:计算题

(12分)如图所示,在竖直平面内有一边界半径为R的圆形匀强磁场区域,磁感应强度为B,方向垂直纸面向里.一质量为m、电量为q的负点电荷从圆边缘的P点沿直径方向进入匀强磁场中,射出磁场时速度方向偏转了60°.不计点电荷的重力.

(1)求点电荷速度υ的大小?
(2)如果点电荷速度大小不变,以不同方向从P点进入圆形匀强磁场区域,点电荷在磁场中运动时间不同,求点电荷在磁场中运动的最长时间?

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科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

如图所示,在真空中坐标xOy面的x>0区域内,有磁感应强度B=1.0×10-2T的匀强磁场,方向与xOy平面垂直,在x轴上的P(10,0)点处有一放射源,在xOy平面内向各个方向发射速率为v=1.0×105m/s的带正电粒子,粒子的质量为m=1.0×10-26kg,粒子带电量为q=1.0×10-18C,则带电粒子能打到y轴上的范围是(重力的影响不计)(   )
A.-10cm≤y≤10cm
B.-10cm≤y≤cm
C.cm≤y≤cm
D.cm≤y≤10cm

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科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

如图所示,边界OA与OC之间分布有垂直纸面向里的匀强磁场,边界OA上有一粒子源S.某一时刻,从S平行于纸面向各个方向发射出大量带正电的同种粒子(不计粒子的重力及粒子间的相互作用),所有粒子的初速度大小相同,经过一段时间有大量粒子从边界OC射出磁场.已知∠AOC=60°,从边界OC射出的粒子在磁场中运动的最长时间等于T/2(T为粒子在磁场中运动的周期),则从边界OC射出的粒子在磁场中运动的最短时间为(  )
A.T/2B.T/4C.T/6D.T/8

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科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

如图所示,圆形区域内有垂直纸面的匀强磁场,两个质量和电荷量都相同的带电粒子a、  b,以不同的速率沿着A0方向对准圆心O射入磁场,其运动轨迹如图。若带电粒子只受磁场力的作用,则下列说法正确的是
A.a粒子速率较大
B.b粒子速率较大
C.b粒子在磁场中运动时间较长
D.a、b粒子在磁场中运动时间一样长

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科目:高中物理 来源:不详 题型:计算题

如图所示,三个同心圆是磁场的理想边界,圆1半径R1=R、圆2半径R2=3R、圆3半径R3(R3>R2)大小未定,圆1内部区域磁感应强度为B,圆1与圆2之间的环形区域是无场区,圆2与圆3之间的环形区域磁感应强度也为B。两个区域磁场方向均垂直于纸面向里。t=0时一个质量为m,带电量为+q(q>0)的离子(不计重力),从圆1上的A点沿半径方向以速度飞进圆1内部磁场。问:

(1)离子经多长时间第一次飞出圆1?
(2)离子飞不出环形磁场圆3边界,则圆3半径R3至少为多大?
(3)在满足了(2)小题的条件后,离子自A点射出后会在两个磁场不断地飞进飞出,从t=0开始到离子第二次回到A点,离子运动的总时间为多少?
(4)在同样满足了(2)小题的条件后,若环形磁场方向为垂直于纸面向外,其它条件不变,从t=0开始到离子第一次回到A点,离子运动的路径总长为多少?

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科目:高中物理 来源:不详 题型:计算题

(10分)在边长为a的等边三角形ABC区域内有一匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直纸面向里,一带正电的粒子质量为m,电量为q,由BC边中点O沿平行于AB的方向射入磁场,速度大小为v0,忽略粒子的重力.

(1)若粒子刚好垂直AB边飞出磁场,求粒子在磁场中的运动时间;
(2)如果要求粒子在磁场中的飞行时间最长,求粒子的速度必须满足的条件。

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