设粒子的入射速度为v,已知粒子带正电荷,故它在磁场中先顺时针做圆周运动,再逆时针做圆周运动,
最后从A4点射出,用B1、B2、R1、R2、t1、t2分别表示在磁场Ⅰ区和Ⅱ区中的磁感应强度、轨道半径和运动时间.
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:
qvB1=m
,qvB2=mv2 R1
,v2 R2
设圆形区域的半径为r,如图所示.已知带电粒子过圆心且垂直A2A4进入Ⅱ区磁场,
连接A1A2,△A1OA2为等边三角形,A2为带电粒子在Ⅰ区磁场中运动轨迹的圆心,
其轨迹的半径:R1=A1A2=OA2=r,圆心角∠A1A2O=60°,带电粒子在Ⅰ区磁场中运动的时间为:
t1=
T1=1 6
×1 6
=2πm qB1
,πm 3qB1
带电粒子在Ⅱ区磁场中运动轨迹的圆心在OA4的中点,即:R2=
r,t2=1 2
T2=1 2
,πm qB2
联立上述式子解得:
=B1 B2
,1 2
=t1 t2
;2 3
答:(1)Ⅰ区和Ⅱ区中磁感应强度的大小之比为1:2.
(2)粒子在Ⅰ区和Ⅱ区中运动的时间之比为2:3.