高中 | 带电粒子在圆边界匀强磁场中的运动 题目答案及解析

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选修3-1

第三章 磁场

3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动

带电粒子在圆边界匀强磁场中的运动

如图所示,圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,比荷相同的两个带电粒子从同一点正对圆心$O$射入磁场,并分别从$a$$b$两点射出,不计粒子受到的重力,下列说法正确的是$(\quad\ \ \ \ )$

 

["

$a$点射出的粒子速率较大

","

$b$点射出的粒子速率较大

","

$a$点射出的粒子在磁场中运动的时间较短

","

$b$点射出的粒子在磁场中运动的时间较短

"]
[["BD"]]

$AB$.洛伦兹力提供向心力,粒子在磁场中做匀速圆周运动,粒子运动轨迹如图所示

由图示可知,从$b$点出射的粒子轨道半径较大。

粒子在磁场中做圆周运动,由牛顿第二定律得

$qvB=m\frac{{v}^{2}}{r}$

解得$v=\frac{qBr}{m}$

$b$点出射的粒子半径大,因此从$b$点出射的粒子速率较大,故$A$错误,$B$正确;

$CD$.由几何知识可知,从$a$点出射的粒子在磁场中的速度偏角$\theta$较大,粒子在磁场中做圆周运动的周期为

$T=\frac{2\pi m}{qB}$

周期都相同,粒子在磁场中的运动时间为

$t=\frac{\theta }{2\pi }T$

可知粒子在磁场中的偏角$\theta$越小,在磁场中的运动时间越短,从$b$点出射的粒子速度偏角较小,从$b$点出射的粒子在磁场中的运动时间较短,故$C$错误,$D$正确。

故选:$BD$

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