Question

如图所示，在半径为2a和a的同心圆围成的环状区域内存在匀强磁场，磁感应强度大小为B．质量为m、电荷量为q的带电粒子（初速度为零，不考虑重力）经加速电场加速后从A点沿半径且垂直磁场方向进入磁场，要使粒子不进入中心无磁场的圆形区域，试求：
（1）带电粒子在磁场中运动的最大轨道半径
（2）加速电压的最大值．

Answer 1

【答案】分析：（1）粒子垂直磁场方向进入磁场后在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，要使粒子不进入中心无磁场的圆形区域，则轨迹与小圆相切时，轨道半径最大，画出运动轨迹，根据几何关系求解；
（2）当半径最大时，速度最大，根据洛伦兹力提供向心力求得最大速度，根据动能定理求解最大电压．
解答：解：（1）粒子垂直磁场方向进入磁场后在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，要使粒子不进入中心无磁场的圆形区域，则轨迹与小圆相切时，轨道半径最大，如图所示，
根据几何关系得：
R²+（3a）²=（R+a）²
解得：R=
（2）当半径最大时，速度最大，根据洛伦兹力提供向心力得：
Bqv=m
解得：v=
粒子加速过程中根据动能定理得：
qU=
解得：U=
答：（1）带电粒子在磁场中运动的最大轨道半径为；
（2）加速电压的最大值为．
点评：本题关键明确带电粒子的运动规律，画出运动轨迹，然后根据几何关系求解出半径，再根据动能定理和向心力公式求解．