Question

（15分）真空中有一半徑為r的圓柱形勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁場方向垂直于紙面向里，Ox為過邊界上O點(diǎn)的切線，如圖所示，從O點(diǎn)在紙面內(nèi)向各個(gè)方向發(fā)射速率均為v₀的電子，設(shè)電子間相互作用忽略，且電子在磁場中偏轉(zhuǎn)半徑也為r．已知電子的電量為e，質(zhì)量為m．
（1）圓柱形區(qū)域勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為多少？
（2）速度方向與Ox方向夾角成90°的電子，在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為多少？
（3）在x軸上有一點(diǎn)p，距O點(diǎn)的距離為3r，要使從O點(diǎn)發(fā)射的速率均為v₀的電子，從磁場邊界出來后都能夠匯聚到p點(diǎn)，請?jiān)趫D中虛線MN右側(cè)添加一個(gè)勻強(qiáng)磁場，并說明磁感應(yīng)強(qiáng)度大小和方向及分布情況。

Answer 1

（1） （2） （3） 方向垂直于紙面向里
區(qū)域：與X軸相切于P點(diǎn)，在X軸上方，半徑為r的圓

解析試題分析：（1）粒子進(jìn)入磁場后，根據(jù)洛倫茲力提供向心力可得，所以。
（2）速度方向與Ox方向夾角成90°的電子，進(jìn)入垂直于紙面向里的磁場，根據(jù)左手定則判斷電子在磁場中運(yùn)動(dòng)圓心角為90°相當(dāng)于0.25個(gè)周期。
根據(jù)洛倫茲力提供向心力，，且，所以
（3）為了使從O點(diǎn)發(fā)射的速率均為v₀的電子，從磁場邊界出來后都能夠匯聚到p點(diǎn)，需要施加如答案的圓形區(qū)域磁場。
考點(diǎn)：洛倫茲力提供向心力、粒子的軌跡
點(diǎn)評：此類題型考察了洛倫茲力提供向心力，并考察了粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心角，此類題型的常見做法是定圓心，找半徑、畫軌跡，本題屬于比較經(jīng)典的題型。