问题标题:
【如图甲所示,空间内有垂直于纸面向里的有界匀强磁场,MN是磁场的上边界,磁场宽度足够大,磁感应强度B0=1×10-4T,现有一比荷为qm=2×1011C/kg的正离子以某一速度从P点射入磁场,已知P点到】
问题描述:

如图甲所示,空间内有垂直于纸面向里的有界匀强磁场,MN是磁场的上边界,磁场宽度足够大,磁感应强度B0=1×10-4T,现有一比荷为qm=2×1011C/kg的正离子以某一速度从P点射入磁场,已知P点到边界MN的垂直距离d=20cm,不计离子的重力.求:

(1)若要使离子不从MN边界射出磁场,求离子从P点水平向右射入的最大速度vm;

(2)若离子以速度v=4×106m/s在纸面内从P点沿某一方向射入磁场时,该离子在磁场中运动的时间最短,求此时离子射出时的速度与边界MN的夹角;

(3)若离子射入的速度满足第(1)问的条件,同时在该磁场区域再加一个如图乙所示的变化磁场(正方向与B0方向相同,不考虑磁场变化所产生的电场),求该离子0时刻从P点射入到第二次回到P点所经历的时间t.

安运富回答:
  (1)粒子刚好不从边界射出时的最大半径:r1=d2,粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律得:qvmB0=mv2mr1,代入数据解得:vm=2×106m/s;(2)粒子做圆周运动的轨道半径:r2=mvqB,代入数...
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