如图所示,半径R=0.5m的金属圆筒a内同轴放置一半径稍小的金属圆筒b,筒a外部有平行于圆筒轴线、范围足够大的匀强磁场,磁感应强度B=0.2T。两圆筒之间加有U=150V的电压,使两圆筒间产生强电场。一比荷为q/m=104C/kg的带正电粒子从紧贴b筒的M点由静止释放,经电场加速后,穿过a筒上正对M点的小孔,垂直进入匀强磁场(不计粒子重力)。
14.求带电粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径r
15.若粒子从小孔射出的同时,圆筒a、b以相同的角速度沿逆时针方向绕轴线高速旋转。为使粒子在不碰到圆筒a的情况下,还能返回到出发点M,则圆筒旋转的角速度ω应满足什么条件?(忽略筒旋转引起的磁场变化,不计粒子在两筒间运动的时间)
带电粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径为0.866m.
设粒子从两圆筒间电场中飞出时速度为v,根据动能定理得:
设粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径为r,
解得:
粒子先加速后进入磁场做圆周运动,先由动能定理求得加速获得的速度,再由牛顿第二定律求解轨道半径.
考查粒子在磁场中做匀速圆周运动,要掌握牛顿第二定律的应用,注意几何关系的巧用,同时理解运动的周期性.
圆筒a旋转的角速度应满足的条件是:ω=(24n+8)×102rad/s(n=0,1,2,3…).
粒子从A点进入磁场,可做出其运动其如图中虚线所示。利用几何关系可算得:
设圆筒角速度为ω为使粒子每次都能从圆筒上的小孔进入电场,则应满足:
由以上各式解得:
粒子从A点进入磁场,画出其运动轨迹,由几何关系求出轨迹所的对圆心角,根据周期性求解角速度.
考查粒子在磁场中做匀速圆周运动,要掌握牛顿第二定律的应用,注意几何关系的巧用,同时理解运动的周期性.