Question

10．如圖所示，半徑為R的絕緣圓筒內(nèi)分布著勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于紙面向里．一質(zhì)量為m、電荷量為q的正離子（不計(jì)重力）從筒壁上的小孔P射入筒中，速度方向與半徑OP成30°角．不計(jì)離子與筒壁碰撞的能量損失和電荷量的損失．若離子在最短的時(shí)間內(nèi)返回P孔，則離子在圓筒內(nèi)運(yùn)動(dòng)的速率和最短的時(shí)間分別是（　�。�

• A． $\frac{2qBR}{m}$，$\frac{πm}{qB}$
• B． $\frac{2qBR}{m}$，$\frac{2πm}{3qB}$
• C． $\frac{\sqrt{3}qBR}{m}$，$\frac{πm}{qB}$
• D． $\frac{\sqrt{3}qBR}{m}$，$\frac{πm}{3qB}$

Answer 1

分析 離子要在最短的時(shí)間內(nèi)返回P點(diǎn)，離子只能與圓筒碰撞一次據(jù)此畫出離子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，碰撞點(diǎn)在過(guò)P點(diǎn)的直徑的另一端，粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)題意求出粒子轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角，然后根據(jù)周期公式求出粒子的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，然后求出粒子的軌道半徑，由牛頓第二定律求出粒子的速度．

解答 解：設(shè)離子在磁場(chǎng)中的軌跡半徑為r，速度為v，根據(jù)向心力公式qvB=m$\frac{{v}^{2}}{r}$①
結(jié)合圖中的幾何關(guān)系可得r=2R②
解得離子的速率v=$\frac{2qBR}{m}$③
離子在磁場(chǎng)中走過(guò)的每段圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角α=60°④
經(jīng)歷的時(shí)間t=$\frac{T}{3}$⑤
即t=$\frac{2πm}{3qB}$
故選：B

點(diǎn)評(píng) 本題考查了粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，要注意分析清楚粒子運(yùn)動(dòng)過(guò)程，應(yīng)用粒子周期公式、牛頓第二定律即可正確解題，要注意明確幾何關(guān)系的正確應(yīng)用，根據(jù)幾何關(guān)系分析半徑和夾角．