图中虚线MN是一垂直纸面的平面与纸面的交线,在平面右侧的半空间存在一磁感强度为B的匀强磁场,方向垂直纸面向外。O是MN上的一点,从O点可以向磁场区域发射电量为+q、质量为m、速率为v的粒子,粒子射入磁场时的速度可在纸面内各个方向。已知先后射入的两个粒子恰好在磁场中给定的P点相遇,P到O的距离为L。不计重力及粒子间的相互作用。
(1)求所考察的粒子在磁场中的轨道半径。
(2)求这两个粒子从O点射入磁场的时间间隔。
(1)R= Δt=
(1)设粒子在磁场中作圆周运动的轨道半径为R,由牛顿第二定律,有:
qvB=m
得:R= ①
(2)如图所示,以OP为弦可画两个半径相同的圆,分别表示在P点相遇的两个粒子的轨道。圆心和直径分别为O1、O2和OO1Q1、OO2Q2,在O处两个圆的切线分别表示两个粒子的射入方向,用θ表示它们之间的夹角。由几何关系可知:
∠PO1Q1=∠PO2Q2=θ ②
从O点射入到相遇,粒子1的路程为半圆周加弧长Q1P
Q1P=Rθ ③
粒子2的路程为半个圆周减弧长PQ2
PQ2=Rθ ④
粒子1运动的时间:t1= ⑤
其中T为圆周运动的周期.粒子2运动的时间为:
t2= ⑥
两粒子射入的时间间隔:
Δt=t1-t2=2 ⑦
因 Rcos=
得 θ=2arccos ⑧
由①、⑦、⑧三式得:
Δt= ⑨
评分标准:本题15分。第(1)问3分。第(2)问12分。⑤、⑥式各4分,⑧、⑨式各