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带电粒子在磁场中的圆周运动例题
一、“带电粒子在磁场中的圆周运动”的基本型问题
【例1】图示在y0的区域内存在匀强磁场,磁场方向垂直于xy平面并指向纸面外,磁场的磁感应强度为B;一带正电的粒子以速度V0从O点射入磁场中,入射方向在xy平面内,与x轴正方向的夹角为θ;若粒子射出磁场的位置与O点的距离为L。求①该粒子的电荷量和质量比;②粒子在磁场中的运动时间。
【例2】如图以ab为边界的二匀强磁场的磁感应强度为B1=2B2,现有一质量为m带电+q的粒子从O点以初速度V0沿垂直于ab方向发射;在图中作出粒子运动轨迹,并求出粒子第6次穿过直线ab所经历的时间、路程及离开点O的距离。(粒子重力不计)
二、“带电粒子在磁场中的圆周运动”的范围型问题
【例3】如图所示真空中宽为d的区域内有强度为B的匀强磁场方向如图,质量m带电-q的粒子以与CD成θ角的速度V0垂直射入磁场中;要使粒子必能从EF射出则初速度V0应满足什么条件?EF上有粒子射出的区域?
【例4】如图所示S为电子射线源能在图示纸面上和360°范围内向各个方向发射速率相等的质量为m、带电-e的电子,MN是一块足够大的竖直档板且与S的水平距离OS=L,档板左侧充满垂直纸面向里的匀强磁场;①若电子的发射速率为V0,要使电子一定能经过点O,则磁场的磁感应强度B的条件?②若磁场的磁感应强度为B,要使S发射出的电子能到达档板,则电子的发射速率多大?③若磁场的磁感应强度为B,从S发射出的电子的速度为,则档板上出现电子的范围多大?
三、“带电粒子在磁场中的圆周运动”的极值型问题
【例5】图中半径r=10cm的圆形区域内有匀强磁场,其边界跟y轴在坐标原点O处相切;磁场B=0.33T垂直于纸面向内,在O处有一放射源S可沿纸面向各个方向射出速率均为的α粒子;已知α粒子质量为,电量,则α粒子通过磁场空间的最大偏转角θ及在磁场中运动的最长时间t各多少?
【例6】一质量m、带电q的粒子以速度V0从A点沿等边三角形ABC的AB方向射入强度为B的垂直于纸面的圆形匀强磁场区域中,要使该粒子飞出磁场后沿BC射出,求圆形磁场区域的最小面积。
【例7】有一粒子源置于一平面直角坐标原点O处,如图所示相同的速率v0向第一象限平面内的不同方向发射电子,已知电子质量为m,电量为e。欲使这些电子穿过垂直于纸面、磁感应强度为B的匀强磁场后,都能平行于x轴沿+x方向运动,求该磁场方向和磁场区域的最小面积s。
四、“带电粒子在磁场中的圆周运动”的多解型问题
【例8】在前面“【例4】”中若将档板取走,磁场磁感应强度为B,当电子以速率从点S射出后要击中O点,则点S处电子的射出方向与OS的夹角为多少?从S到点O的时间多少?
【例9】一质量m带电q的粒子以速率V垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中,粒子经过一段时间受到的冲量的大小为mv,粒子重力不计。则此过程经历的时间为多少?
【例10】在半径为r的圆筒中有沿筒轴线方向的匀强磁场,磁感应强度为B;一质量为m带电+q的粒子以速度V从筒壁A处沿半径方向垂直于磁场射入筒中;若它在筒中只受洛仑兹力作用且与筒壁发生弹性碰撞,欲使粒子与筒壁连续相碰撞并绕筒壁一周后仍从A处射出;则B必须满足什么条件?带电粒子在磁场中的运动时间?
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