问题
问答题
隐身技术在军事领域应用很广.某研究小组的“电磁隐形技术”可等效为下面的模型,如图所示,在y>0的区域内有一束平行的α粒子流(质量设为M,电荷量设为q),它们的速度均为v,沿x轴正向运动.在0≤x<d的区间有磁感应强度为B的匀强磁场,方向垂直纸面向里;在d≤x<3d的区间有磁感应强度为B的匀强磁场,方向垂直纸面向外;在3d≤x<4d的区间有磁感应强度为B的匀强磁场,方向垂直纸面向里.要求α粒子流经过这些区域后仍能沿原直线运动,这样使第一象限某些区域α粒子不能到达,达到“屏蔽”α粒子的作用效果.则:
(1)定性画出一个α粒子的运动轨迹;
(2)求对α粒子起“屏蔽”作用区间的最大面积;
(3)若v、M、q、B已知,则d应满足什么条件?
答案
(1)轨迹如图.
(2)要使α粒子流经过这些区域后仍能沿直线运动,则每一小段小于等于四分之一圆弧,且四分之一圆弧时“屏蔽”的面积最大.此时半径为d,如图.由几何关系可知
最大面积Smax=4d2
(3)由Bqv=Mv2 R
得R=Mv qB
而要使α粒子可以继续向右运动,则要求R≥d
即:d≤Mv qB
答:(1)α粒子的运动轨迹如图所示;
(2)对α粒子起“屏蔽”作用区间的最大面积为4d2;
(3)若v、M、q、B已知,则d应满足d≤
.Mv qB