1、计算题  如图所示，半径为R的绝缘圆筒中有沿轴线方向的匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，匀强磁场的磁感应强度为B，圆筒形场区的边界由弹性材料构成。一个质量为m．电荷量为q的正离子(不计重力)以某一速度从筒壁上的小孔M进入筒中，速度方向与半径成θ=30°夹角，并垂直于磁场方向。离子和筒壁的碰撞无能量和电荷量的损失．若选择合适的进入速度，离子可以从M孔射出。问：

(1)离子的速度多大时，离子可以在最短的时间内返回M孔最短的时间是多少?
(2)如果离子与筒壁发生两次碰撞后从M孔射出，离子的速率是多大?从进入圆筒到返回M孔经历的时间是多少?

参考答案：(1) ?(2)?

本题解析：(1)离子要在最短的时间内返回M孔，离子只能与圆筒碰撞一次，据此画出离子的运动轨迹如图所示，碰撞点在过M点的直径的另一端N。设离子在磁场中的轨迹半径为r，速率为V1.根据向心力公式,①结合图中的几何关系可得r=2R，②解得离子的速率,③离子在磁场中走过的每段圆弧对应的圆心角=60°，④经历的时间,⑤即.⑥
(2)离子与筒壁发生两次碰撞后从M孔射出，根据对称性画出离子的运动轨迹如图所示。
结合图中的几何关系可得r=R，?⑦
则离子的速率，?⑧
离子在磁场中走过的每段圆弧对应的圆心角′=120°，?⑨
经历的时间。?⑩
?

本题难度：一般

2、简答题  未来人类要通过可控热核反应取得能源，要持续发生热核反应，必须把温度高达几百万摄氏度以上的核材料约束在一定的空间内．约束的办法有多种，其中技术上相对较成熟的是用磁场约束核材料，称为“托卡马克”装置．如图所示为这种装置的简化模型：有环形边界的匀强磁场（b区域）围着磁感应强度为零的圆形a区域，a区域内的离子向各个方向运动，离子的速度只要不超过某值，就不能穿过环形磁场的外边界而逃逸，从而被约束．
设环形磁场的内半径R1=0.50m，外半径R2=1.0m，若磁场的磁感应强度B=1.0T，被约束的离子比荷

参考答案：

（1）核反应方程中，质量数守恒，核电荷数守恒，所以有：
?32He+?21H→?42He+?11H
（2）速度越大，轨迹圆半径越大，要使沿0M方向运动的离子不能穿越磁场，则其在环形磁场内的运动轨迹圆中最大者与磁场外边界圆相切?
设轨迹圆的半径为r1，则：r21+R21=(R2-r1)2?
代入数据解得?r1=0.375m?
设沿该圆运动的离子速度为v1，qv1B=mv21r1
即?v1=Bqr1m
代入数据得v1=1.5×107m/s?
（3）设离子以v2的速度沿与内边界圆相切的方向射入磁场且轨道与磁场外圆相切时，则以该速度沿各个方向射入磁场区的离子都不能穿出磁场边界?（也可用图形表达?1分）
设轨迹圆的半径为r2，则r2=R2-R12=0.25m?
设磁场的磁感强度为B1，由?B1=mv2qr2
代入数据得?B′=2.0T?
答：（1）?32He+?21H→?42He+?11H
（2）速度最大为v1=1.5×107m/s?
（3）则b区域磁场的磁感应强度B至少要有2.0T．

本题解析：

本题难度：一般

3、选择题  如图所示，在I、II两个区域内存在磁感应强度均为B的匀强磁场，磁场方向分别垂直于纸面向 外和向里，AD、AC边界的夹角∠DAC=300，边界AC与 边界MN平行，II区域宽度为d。质量为m、电荷量为十q的粒子可在边界AD上的不同点射人，入射速度垂直AD且垂直磁场，若入射速度大小为?，不计粒子重力，则

A.粒子在磁场中的运动半径为
B.粒子距A点0.5d处射入，不会进入II区
C.粒子距A点1.5d处射入，在I区内运动的时间为
D.能够进入II区域的粒子，在II区域内运动的最短时间为

参考答案：CD

本题解析：粒子在磁场中做圆周运动的向心力由洛伦兹力提供，则，解得，选项A 错误；粒子距A点0.5d处射入时，圆心在AD上距离A点为1.5d，由几何知识可知，此圆周不会与AC边界相切，故粒子不会进入II区，选项B错误；粒子距A点1.5d处射入，圆心在AD上距离A点为2.5d，由几何知识可知，此圆周不会与AC边界相切，故粒子在I区将做半个圆周运动而射出，所以运动的时间为；因为能够进入II区域的粒子的运动半径等于在I区域内的运动半径，若在II区域内运动的最短，则需弦长最短，而最短的弦长为d，此弦长所对圆心角为，所以运动的时间为，选项D 正确。

本题难度：一般

4、计算题  如图所示，在第二象限和第四象限的正方形区域内分别存在着匀强磁场，磁感应强度均为B，方向相反，且都垂直于xOy平面．一电子由P(－d，d)点，沿x轴正方向射入磁场区域Ⅰ.(电子质量为m，电荷量为e，sin 53°＝)

(1)求电子能从第三象限射出的入射速度的范围．
(2)若电子从位置射出，求电子在磁场 Ⅰ 中运动的时间t.
(3)求第(2)问中电子离开磁场Ⅱ时的位置坐标．

参考答案：(1)＜v＜　(2)　(3)

本题解析：(1)电子能从第三象限射出的临界轨迹如图甲所示．电子偏转半径范围为＜r＜d

由evB＝m得v＝
故电子入射速度的范围为＜v＜.
(2)电子从位置射出的运动轨迹如图乙所示．设电子在磁场中运动的轨道半径为R，则R2＝2＋d2
解得R＝
则∠PHM＝53°
由evB＝mR2解得T＝
电子在磁场Ⅰ中运动的时间t＝T＝.
(3)如图乙所示，根据几何知识，带电粒子在射出磁场区域Ⅰ时与水平方向的夹角为53°，在磁场区域Ⅱ位置N点的横坐标为.

由△NBH′可解得NB的长度等于d，则QA＝d－
由勾股定理得H′A＝d，H′B＝Rcos 53°＝
所以电子离开磁场Ⅱ的位置坐标为.

本题难度：一般

5、选择题  一个静止的放射性原子核处于垂直纸面向里的匀强磁场中，由于发生了衰变而形成了如图所示的两个圆形径迹，两圆半径之比为1：16（　　）
A．该原子核发生了α衰变
B．反冲核沿小圆做逆时针方向运动
C．原静止的原子核的原子序数为15
D．沿大圆和沿小圆运动的粒子的周期相同