带电粒子在磁场的运动,跪拜求解,急急急

如图所示,坐标原点O处有一点状放射源,它连续地向xOy平面内的x轴上方各个方向发射速度大小都是v的带正电粒子,任意方向发射的粒子数占发射粒子总数比例均相同,发射源单位时间发射的粒子数目为N,在0<y<d的区域内分布有指向y轴正方向的匀强磁场,其中q与m分别为粒子的电量和质量,在d<y<2d的区域内分布有垂直与xOy平面的匀强磁场。粒子进入磁场时速度均为2v。ab为一块很大的平面的感光板,放置于y=2d处(不考虑粒子重力)。稳定状态下,若单位时间内ab板接收到的粒子为N/2则此时的磁感应强度B为多少?并求出此时ab板上被粒子打中的区域的长度?

先考虑沿着x轴正方向运动的粒子 作类平抛运动

运动到y=d处,速度为2v,∴vy=√3v,vx=v

速度与y轴正方向夹角为30度偏向右

运动过程分x方向的匀速直线,y方向的初速度为零的匀加速直线

y方向的平均速度√3v/2   ∴y方向位移d=√3v/2×t

x方向位移             x=vt=(2√3d)/3

x轴负方向运动的粒子与x轴正方向运动的粒子是对称的

速度与y轴正方向夹角为30度偏向左,位移=(2√3d)/3

其它粒子运动到y=d处,分布在-(2√3d)/3与(2√3d)/3之间

离y轴越近夹角越小,沿着y轴正方向运动的粒子速度方向不变

∵粒子进入磁场时速度均为2 v, ∴圆周运动的半径相同

R=m2v/qB

ab板接收到的粒子为N/2,只能是y轴右侧的粒子打中ab板

沿着y轴正方向运动的粒子圆周运动应与ab板相切

由此确定R=d= 2mv/qB  ∴ B=2mv/qd

x轴正方向运动的粒子运动到y=d处进入磁场圆周运动R=d, 速度与y轴正方向夹角为30度, ∴圆心在y=3d/2处;∴到ab板时横坐标与y=d时相同x=2√3d)/3

y轴正方向运动的粒子到ab板时横坐标x=-d

∴ab板上被粒子打中的区域的长度=2√3d)/3+d

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