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(2013•石家庄一模)如图所示,在半径为1110ai的圆形区域中存在垂直纸面向里,磁感应强度大小为B的匀强磁场.在圆形

来源:学生作业帮 编辑:作业帮 分类:物理作业 时间:2024/05/13 08:12:15
(2013•石家庄一模)如图所示,在半径为
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(1)带电粒子从S点垂直于DE边以速度v射出后,
在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,其圆心一定位于DE边上,其半径R,
由牛顿第二定律得:qvB=m
v2
R…①
解得:R=
mv
qB,
要求此粒子每次与△DEF的三条边碰撞时都与边垂直,
且能回到S点,则R和v应满足以下条件:
由于碰撞时速度v与边垂直,粒子运动轨迹圆的圆心一定位于△DEF的边上,
粒子绕过△DEF顶点D、E、F时的圆弧的圆心就一定要在相邻边的交点(即D、E、F)上.
粒子从S点开始向右作圆周运动,其轨迹为一系列半径为R的半圆,
在SE边上最后一次的碰撞点与E点的距离应为R,所以
.
SE的长度应是R的奇数倍.
即:
.
SE=

3
2a=(2n+1)R  n=0、1、2、3…②,
由几何关系得:
.
OE=
2
3a
3sin60°=a…③,
延长OE至圆形区域交于M,EM=1.1a-OE=0.1a,
若使粒子不射出磁场,有R≤0.1a…④
由②④解得:n≥3.83,即n=4,5,6…,
由①②解得:v=
qBR
m=

3qBa
2(2n+1)m  n=4、5、6…;
(2)这些粒子在磁场中做圆周运动的周期为:T=
2πm
qB…⑤
在B及
q
m给定时,T与v无关.粒子从S点出发最后回到S点的过程中,
与△DEF的边碰撞次数愈少,所经历的时间就愈少,可见,当n=4时,所用时间最短.
如图所示(图中只画出SE间的碰撞情况),由对称性可知该粒子的轨迹包括3×8个半圆和3个圆心角为300°的圆弧,
所需时间为:t=3×8×
T
2+3×
5
6T=
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