如图所示的平面直角坐标系xOy中,ABCD矩形区域内有磁感应强度为B0的匀强磁场(OD边上无磁场,OA边上有磁场),其中A、D两点的坐标分别为(0,a)和(0,-a),B、C两点的坐标分别为(,a)和(
,-a);在半径为a、圆心坐标为(-a,0)的圆形区域内有磁感应强度为2B0的匀强磁场,两个区域内磁场方向均垂直纸面向里。在-a≤x≤0的区域均匀分布有大
量质量为m、带电荷量为-q的粒子,粒子均以相同的速度沿y轴正方向射向圆形磁场,最后粒子都进入矩形磁场,已知朝着圆心(-a,0)射
入的粒子刚好从O点沿x轴正方向进入矩形磁场。不计粒子的重力及粒子间的相互作用。求:
17.粒子进入磁场时速度v的大小;
18.从B点射出的粒子在射入矩形磁场时的速度方向与y轴正方向夹角θ;
19.从AB边射出的粒子数与粒子总数的比值k。
根据题意,朝着圆形磁场圆心(-a,0)射入的粒子刚好从坐标原点O沿x轴进入矩形磁区域,则其在圆形磁场内的轨迹恰为四分之一圆周,有:
联立上式得:
洛伦兹力提供向心力 粒子做匀速圆周运动
注意磁感应强度为2B0
θ=30°
设某粒子从圆形磁场边界上的P点射入,并从Q点射出,轨迹如图 甲所示,圆心为O1,圆形磁场的圆心为O2,则O2Q=O2P=O1Q=O1P=a,即四边形O1QO2P为菱形,O2Q∥PO1∥x轴,故Q点与坐标原点O重合,即射入圆形磁场的粒子均从O点进入矩形磁场的第一象限区域内(包括x轴正方向)。
粒子在矩形磁场中受洛伦兹力作用做圆周运动,设其轨道半径为
R′,有:
画出粒子运动的图像,利用几何关系求解
注意粒子在两个磁场中运动的变化
根据图乙知,粒子能从AB边射出,则其射入矩形磁场的速度方向与y轴正方向的夹角应小于或等于θ。根据圆周运动的对称性,则从B点射出的粒子射入圆形磁场位置的横坐标为:
联立上式得:
分析运动状态,列出等式
对运动状态的分析