Question

如图所示，在x＜0与x＞0的区域中，存在磁感应强度大小分别为B₁与B₂的匀强磁场，磁场方向均垂直于纸面向里，且B₁＞B₂。一个带负电荷的粒子从坐标原点O以速度v沿x轴负方向射出，要使该粒子经过一段时间后又经过O点，B₁与B₂的比值应满足什么条件？

Answer 1

解：粒子在整个过程中的速度大小恒为v，交替地在xy平面内B₁与B₂磁场区域中做匀速圆周运动，轨道都是半圆周。设粒子的质量和电荷量的大小分别为m和q，圆周运动的半径分别为r₁和r₂，有
 ①
 ②
现在分析粒子运动的轨迹。如图所示，在xy平面内，粒子先沿半径为r₁的半圆C₁运动至y轴上离O点距为2r₁的A点，接着沿半径为r₂的半圆D₁运动至O₁点，OO₁的距离 ③

此后，粒子每经历一次“回旋”（即从y轴出以沿半径为r₁的半圆和半径为r₂的半圆回到原点下方的y轴），粒子的y坐标就减小d。设粒子经过n次回旋后与y轴交于O_n点，若OO_n即nd满足 ④
则粒子再经过半圆就能经过原点，式中r=1，2，3，……为回旋次数
由③④式解得，n=1，2，3，…… ⑤
联立①②③式可得B₁、B₂应满足条件：，n=1，2，3，…… ⑥