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

真空中有一匀强磁场,磁场边界为两个半径分别为$a$$3a$的同轴圆柱面,磁场的方向与圆柱轴线平行,其横截面如图所示。一速率为$v$的电子从圆心沿半径方向进入磁场。已知电子质量为$m$,电荷量为$e$,忽略重力。为使该电子的运动被限制在图中实线圆围成的区域内,磁场的磁感应强度最小为$(\quad\ \ \ \ )$

 

["

$\\dfrac{3mv}{2ae}$

","

$\\dfrac{mv}{ae}$

","

$\\dfrac{3mv}{4ae}$

","

$\\dfrac{3mv}{5ae}$

"]
[["C"]]

当电子在磁场中的运动轨迹和外圆相切时,电子在图中实线圆围成的区域内运动的半径最大,
电子的运动轨迹如图,


令电子的半径为$r$,根据几何知识有${{r}^{2}}+{{a}^{2}}={{(3a-r)}^{2}}$
所以电子的最大半径为$r=\dfrac{4}{3}a$
因为$evB=m\dfrac{{{v}^{2}}}{r}$
所以$B=\dfrac{mv}{re}$
则磁感应强度的最小值为$B=\dfrac{3mv}{4ae}$,故$\text{ABD}$错误,$\text{C}$正确。
故选:$\text{C}$

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如图所示,一个半径为的圆形区域内分布磁感应强度大小为、方向垂直纸面向外的匀强磁场。一粒子源从圆上的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、所带电荷量均为、运动的半径均为,粒子重力忽略不计。下列说法正确的是 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射入磁场,并分别从、两点射出,不计粒子受到的重力,下列说法正确的是 同步辐射光源中储存环的简化模型如图所示,内、外半径分别为、的两个半圆环区域、中均有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为。与间有一电势差为的加速电场,与间有一个插入件,电子每次经过插入件后,速度减小为通过前的倍。现有一个质量为、电荷量为的电子,垂直于射入插入件,经过磁场、电场再次到达的速度增加,多次循环后到达的速度不再增加,达到稳定值。不考虑相对论效应,忽略经过电场和插入件和的时间。 如图所示,半径的半圆形无场区的圆心在坐标原点处,半径,磁感应强度大小的圆形有界磁场区的圆心坐标为,平行金属板的极板长,板位于处,板位于轴。其中极板收集到的粒子全部中和吸收。一位于处的粒子源向第一、二象限均匀地发射速度为的带正电粒子,经圆形磁场偏转后,从第一象限出射的粒子速度方向均沿轴正方向,已知粒子在磁场中的运动半径,若粒子重力不计、比荷、不计粒子间的相互作用力及电场的边缘效应。 如图所示,在平面直角坐标系的第一象限内,存在半径为的半圆形匀强磁场区域,半圆与轴相切于点,与轴相切于点,直线边界与轴平行,磁场方向垂直于纸面向里。在第一象限存在沿方向的匀强电场,电场强度大小为一带负电粒子质量为,电荷量为,从点以速度沿方向进入第一象限,正好能沿直线匀速穿过半圆区域。不计粒子重力。 如图所示,一半径为的圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,一负电荷从点正对着圆心的方向射入磁场,从点射出时速度方向改变了角,重力不计。则带电粒子做匀速圆周运动的半径为
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