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如图所示,光滑绝缘壁围成的正方形匀强磁场区域,边长为a磁场的方向垂直于正方形平面...

如图所示,光滑绝缘壁围成的正方形匀强磁场区域,边长为a磁场的方向垂直于正方形平面向里,磁感应强度的大小为B.有一个质量为m、电量为q的带正电的粒子,从下边界正中央的A孔垂直于下边界射入磁场中.设粒子与绝缘壁碰撞时无能量和电量损失,不计重力和碰撞时间.
(1)若粒子在磁场中运动的半径等于a/2,则粒子射入磁场的速度为多大?经多长时间粒子又从A孔射出?
(2)若粒子在磁场中运动的半径等于a/4,判断粒子能否再从A孔射出.如能,求出经多长时间粒子从A孔射出;如不能,说出理由.
(3)若粒子在磁场中运动的半径小于a且仍能从A孔垂直边界射出,粒子射入的速度应为多大?在磁场中的运动时问是多长?

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(1)若粒子在磁场中运动的半径等于a/2,则粒子粒子在磁场中运动4个圆后从A点射出,所以可以知道粒子运动的半径,然后由洛伦兹力提供向心力去粒子的速度和运动的时间; (2)若粒子在磁场中运动的半径等于a/4,则粒子在运动半个圆周后与绝缘壁碰撞然后做匀速直线运动,在另一侧与绝缘壁碰撞后做匀速圆周运动,两个半圆后做匀速直线运动…直到出来; (3)给定的条件下的粒子的运动轨迹如图.代人公式即可讨论. 【解析】 带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,得: 又: 整理得: 由:得: 粒子在磁场中运动4个圆后从A点射出,所以: (2)能.粒子运动的轨迹如图, 由,得: (3)第一种情景: ,其中n=1、2、3… 第二种情景: ,其中n=1、2、3… 答:(1)若粒子在磁场中运动的半径等于a/2,则粒子射入磁场的速度为,经时间粒子又从A孔射出; (2)若粒子在磁场中运动的半径等于a/4,粒子能再从A孔射出.经时间粒子从A孔射出; (3)若粒子在磁场中运动的半径小于a且仍能从A孔垂直边界射出,粒子射入的速度以及在磁场中的运动时间有两种情况: 第一种情景: ,其中n=1、2、3… 第二种情景: ,其中n=1、2、3…
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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