Question

據(jù)有關(guān)資料介紹，受控?zé)岷司圩兎磻?yīng)裝置中有極高的溫度，因而帶電粒子將沒(méi)有通常意義上的容器可裝，而是由磁場(chǎng)約束帶電粒子運(yùn)動(dòng)將其束縛在某個(gè)區(qū)域內(nèi)，現(xiàn)按下面的簡(jiǎn)化條件來(lái)討論這個(gè)問(wèn)題，如圖所示，有一個(gè)環(huán)形區(qū)域，其截面內(nèi)半徑為，外半徑為R₂="1." 0 m，區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度B="1.0" T，被束縛粒子的荷質(zhì)比為=4.0×10⁷C/kg，不計(jì)帶電粒子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的相互作用，不計(jì)帶電粒子的重力．
(1)若中空區(qū)域中的帶電粒子沿環(huán)的半徑方向射入磁場(chǎng)，求帶電粒子不能穿越磁場(chǎng)外邊界的最大速度v₀.
(2)若中空區(qū)域中的帶電粒子以（1)中的最大速度v₀沿圓環(huán)半徑方向射入磁場(chǎng)，求帶電粒子從進(jìn)入磁場(chǎng)開(kāi)始到第一次回到該點(diǎn)所需要的時(shí)間t。

Answer 1

（1）帶電粒子不能穿越磁場(chǎng)外邊界的最大速度
（2）帶電粒子從進(jìn)入磁場(chǎng)開(kāi)始到第一次回到該點(diǎn)所需要的時(shí)間t=5.74×10^-7s

設(shè)粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的最大半徑為r，則r=，如圖所示，由幾何關(guān)系得
則．
。
故帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)繞圓轉(zhuǎn)過(guò)360⁰－（180⁰一60⁰）=240⁰又回到中空部分．粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，故粒子從P點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)到第一次回到P點(diǎn)時(shí)，粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間為，
粒子在中空部分運(yùn)動(dòng)時(shí)間為,
粒子運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間為＋=5.74×10^-7s。