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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
带电粒子在圆边界匀强磁场中的运动
如图所示,一个半径为$R$的圆形区域内分布磁感应强度大小为$B$、方向垂直纸面向外的匀强磁场。一粒子源从圆上的$A$点向各个方向不停地发射出相同速率的带负电粒子,粒子的质量均为$m$、所带电荷量均为$q$、运动的半径均为$r$,粒子重力忽略不计。下列说法正确的是$(\qquad)$
若$r=2R$,则粒子在磁场中运动的最长时间为$\\dfrac{\\pi m}{3qB}$
","若$r=2R$,则粒子能打在圆形磁场圆周上的范围是半个圆周
","若$r=\\dfrac{1}{2}R$,则粒子在磁场中运动的最长时间为$\\dfrac{\\pi m}{qB}$
","若$r=\\dfrac{1}{2}R$,则粒子能打在圆形磁场圆周上的范围是六分之一个圆周
"]$\rm AB$.若$r=2R$,根据几何关系可知,粒子沿不同方向射入磁场,会从磁场圆的不同位置出射,范围是整个圆周长;其中粒子在磁场中运动的时间最长时,运动轨迹的弦是磁场区域的直径,作出轨迹如图所示
因为$r=2R$,则圆心角$\alpha=60^\circ $,粒子在磁场中运动的最长时间为$t_{\rm \max}=\dfrac{60^\circ}{360^\circ}T=\dfrac{1}{6} \times \dfrac{2\pi m}{qB}=\dfrac{\pi m}{3qB}$
故$\rm A$正确,$\rm B$错误;
$\rm CD$.若$r=\dfrac{1}{2}R$,粒子在磁场圆的出射点都在$AP$之间,如图所示
由几何关系可知,$AP$弧长对应的圆心角为$60^\circ $,所以粒子能打在圆形磁场圆周上的范围是六分之一圆周长,在磁场中运动时间最长的粒子正好转过了一周,时间为$t_{\rm \max}=T=\dfrac{2\pi m}{qB}$
故$\rm C$错误,$\rm D$正确。
故选:$\rm AD$。
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