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如图8-3-7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?

图8-3-7

答案

解析:粒子在整个运动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,轨道都是半个圆周.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

r1=

                                                                      ①

r2=

                                                                      ②

现分析粒子运动的轨迹.如图8-3-8所示,在xy平面内,粒子先沿半径为加r1的半圆C1运动到y轴上离O点距离为2r1的A点,接着沿半径为r2的半圆D1运动到电y轴上的O1点,OO1的距离d=2(r2-r1)               ③

图8-3-8

此后,粒子每经历一次“回旋”(即从y轴出发沿半径为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On点,若OOn即nd满足

nd=2r1                                                                                ④

则粒子再经过半圆Cn+1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①②⑤式可得B1、B2应满足的条件

=,n=1,2,3,……                                                       ⑥

答案:

=,n=1、2、3……

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