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高中 | 带电粒子在组合场中的运动问题题目答案及解析如下,仅供参考!
选修3-1
第三章 磁场
3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动
带电粒子在组合场中的运动问题
如图所示,空间存在着两个方向均垂直纸面向外的匀强磁场区域Ⅰ和Ⅱ,磁感应强度大小分别为$B_{1}$、$B_{2}$,且$B_{1}=B_{0}$、$B_{2}=4B_{0}$,$MN$为两个磁场的边界。一质量为$m$、电荷量为$q$的带正电粒子(不计重力)从边界上的$A$点以一定的初速度垂直$MN$竖直向上射入匀强磁场区域Ⅰ中,边界$MN$上的$C$点与$A$点的距离为$d$。若粒子恰能经过$C$点,则该粒子从$A$点射入磁场的速度$v_{0}$大小可能为$(\quad\ \ \ \ )$
$\\dfrac{dqB_{0}}{8m}$
","$\\dfrac{dqB_{0}}{2m}$
","$\\dfrac{2dqB_{0}}{3m}$
","$\\dfrac{dqB_{0}}{m}$
"]粒子在磁场中做匀速圆周运动,由洛伦兹力提供向心力得:
$qBv_{0}=m\dfrac{v_0^2}{r}$
解得圆周运动半径为:$r=\dfrac{mv_0}{qB}$
设粒子在区域Ⅰ中的半径为$r_{1}$,在区域Ⅱ中的半径为$r_{2}$,可得:
${r}_{1}=\dfrac{m{v}_{0}}{q{B}_{0}}$,${r}_{2}=\dfrac{m{v}_{0}}{4q{B}_{0}}$
可得:$r_{1}=4r_{2}$
粒子的运动轨迹如下图所示,轨迹与分界线$MN$的交点为$C_{1}$、$C2$、$C_{3}$、$C_{4}$、$\cdots \cdots$
当$C_{1}$、$C_{3}$、$C_{5}$、$C_{7}$、$\cdots \cdots$作为$C$点时,需满足:
$n(2r_{1}-2r_{2})=d$
联立解得:$r_{1}=\dfrac{2d}{3n}$,$n=1$、$2$、$3\cdots \cdots$
此时可得:$v_{0}=\dfrac{2dqB_0}{3nm}$
当$n=1$时,$v_{0}=\dfrac{2dqB_0}{3m}$
当$C_{2}$、$C_{4}$、$C_{6}$、$C_{8}$、$\cdots \cdots$作为$C$点时,需满足:
$2r_{1}+k(2r_{1}-2r_{2})=d$
联立解得:$r_{1}=\dfrac{2d}{4+3k}$,$k=0$、$1$、$2$、$3\cdots \cdots$
此时可得:$v_{0}=\dfrac{2dqB_0}{(4+3k)m}$
当$k=0$时,$v_{0}=\dfrac{dqB_0}{2m}$;当$k=4$时,$v_{0}=\dfrac{dqB_0}{8m}$
综上所述,可知$ABC$正确,$D$错误。
故选:$ABC$。
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