Question

【题目】如图所示，一有界匀强磁场垂直于xOy平面向里，其边界是以坐标原点O为圆心、半径为R的圆．一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子，从磁场边界与x轴交点P处以初速度大小v0、沿x轴正方向射入磁场，恰能从M点离开磁场．不计粒子的重力．

（1）求匀强磁场的磁感应强度大小B；

（2）若带电粒子从P点以速度大小v0射入磁场，改变初速度的方向，粒子恰能经过原点O，求粒子在磁场中运动的时间t及离开磁场时速度的方向；

（3）在匀强磁场外侧加一有界均匀辐向电场，如图所示，与O点相等距离处的电场强度大小相等，方向指向原点O．带电粒子从P点沿x轴正方向射入磁场，改变初速度的大小，粒子恰能不离开电场外边界且能回到P点，求粒子初速度大小v以及电场两边界间的电势差U．

Answer 1

【答案】（1）（2）（3），

【解析】

（1）根据几何关系，粒子圆周运动得半径，由向心力公式有，解得

（2）如图所示

过带电粒子运动轨迹上得弦PO做垂直平分线叫磁场边界O1点，因粒子做圆周运动得半径与磁场边界半径相等，所以为等边三角形，O1为圆心位置，粒子圆周运动得周期，图中，则有，解得，根据几何关系可知，粒子离开磁场时速度沿y轴正方向

（3）设粒子刚进入磁场做圆周运动得圆心O1和原点O得连线与x轴夹角为，运动半径为r1，如图

则有，由向心力公式有，粒子从P点射入磁场，恰能回到P点，则根据几何关系有：，解得其中 ；根据能量守恒有，解得