在直角坐标系xOy中,有一半径为R的圆形匀强磁场区域,磁感应强度为B,磁场方向垂直xOy平面指向纸面内,该

在直角坐标系xOy中,有一半径为R的圆形匀强磁场区域,磁感应强度为B,磁场方向垂直xOy平面指向纸面内,该区域的圆心坐标为(R,0),如图所示,有一个质量为m、带电荷量为-q的离子,由静止经电场加速后从点(0,R2)沿x轴正方向射入磁场,离子从射入到射出磁场通过了该磁场的最大距离,不计重力影响.求:(1)离子在磁场区域经历的时间; (2)加速电场的加速电压U.
2026年09月26日 07:16
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(1)如图所示,设离子从M点射入磁场的速度为v.依题意,在磁场中通过最大距离应是过M点的直径MRN.由于离子在磁场中运动受洛伦兹力作用,运动轨迹是以MRN为弦长的圆弧并从N点射出磁场.

设离子从M点入射时速度方向与MR的夹角为α,α=arcsin

R
2
R
=
π
6

 离子在磁场力作用下,速度方向偏转2α=
π
3

设离子在磁场中做圆周运动的半径为r,则qvB=
mv2
r

离子在磁场中运动的周期:T=
2πr
v
=
2πm
qB

所以离子在磁场中运动的时间t=
T
6
=
1
6
×
2πm
qB
=
πm
3qB

(2)设离子在磁场中做圆周运动的半径为r,则qvB=
mv2
r

由几何关系得r=2R
粒子在电场中加速,由动能定理,有qU=
1
2
mv2

联立以上各式解得:U=
2B2R2q
m
.
答:(1)离子在磁场区域经历的时间是
πm
3qB
;   
(2)加速电场的加速电压是
2B2R2q
m
.