问题
计算题
如图所示的正方形平面oabc内,存在着垂直于该平面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B,已知正方形边长为L,一质量为m,带电量为+q的粒子(不计重力)在t=0时刻平行于oc边从0点射入磁场中,
(1)若带电粒子从a点射出磁场,求带电粒子在磁场中运动的时间以及初速度的大小;
(2)若磁场的磁感应强度按如图所示的规律变化,规定磁场向外的方向为正方向,磁感应强度的大小为Bo,则要使带电粒子能从oa边界射出磁场,磁感应强度B的变化周期T的最小值应为多少?
(3)若所加磁场与第(2)问中相同,则要使粒子从b点沿ab方向射出磁场,满足这一条件的磁感应强度的变化周期T及粒子射入磁场时的速度Vo应为多少?(不考虑磁场变化产生的电场 )
答案
(1)若带电粒子从a点射出磁场,则其做圆周运动的半径为
r=L/2所需时间为 设粒子初速度的大小为v0
(2)若粒子从0a边射出,则其轨迹如图所示,有
在磁场变化的半个周期内,粒子在磁场中旋转1500,其运动的时间为
故磁场变化的最小周期为
(3)要使粒子从b点沿ab方向射出磁场,其轨迹如图所示,在磁场变化的半个周期中内,粒子在磁场中旋转的角
度为,
所以磁场变化的周期
为 每一个圆弧对应的弧长为
圆弧半径为