Question

如圖所示，方向垂直紙面向里的勻強磁場的邊界，是一個半徑為r的圓，圓心O₁在x軸上，OO₁距離等于圓的半徑。虛線MN平行于x軸且與圓相切于P點，在MN的上方是正交的勻強電場和勻強磁場，電場強度的大小為E，方向沿x軸的負方向，磁感應強度為B，方向垂直紙面向外。有一群相同的正粒子，以相同的速率，在紙面內沿不同方向從原點O射入第Ⅰ象限，粒子的速度方向在與x軸成θ=30˚角的范圍內，其中沿x軸正方向進入磁場的粒子經(jīng)過P點射入MN后，恰好在正交的電磁場中做直線運動。粒子的質量為m，電荷量為q（不計粒子的重力）。求：

  （1）粒子的初速率；

（2）圓形有界磁場的磁感應強度；

（3）若只撤去虛線MN上面的磁場B，這些粒子經(jīng)過y軸的坐標范圍。

Answer 1

   （1）Eq=qv₀B                                  1分

           得：v₀=                              1分

   （2）設正粒子在圓形有界磁場中做勻速圓周運動的半徑R，有：

        R=r                                      1分

        qv₀B′=                                1分

           得：B′=                            1分

（3）沿x軸正方向進入圓形有界磁場的粒子經(jīng)電場E偏轉后，過y軸上點的坐標最大

     r=  t₁²                                               1分

       Δy₁=v₀t₁                                                    1分

       y₁=Δy₁＋r

得：y₁=r＋                 1分

沿與x軸正方向成θ=30˚角進入圓形有界磁場的粒子經(jīng)電場E偏轉后，過y軸上點的坐標最小     r=  t₂²                                               1分

       Δy₂=v₀t₂                                                    1分

       y₂=Δy₂＋r

得：y₂=r＋                   1分

   即：r＋≤ y ≤r＋                 1分