如图所示,三个半径分别为R、2R、6R的同心圆将空间分为I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个区域.其中圆形区域I和环形区域Ⅲ内有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度分别为B和B2.一个质子从区域I边界上的

问题描述:

如图所示,三个半径分别为R、2R、6R的同心圆将空间分为I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个区域.其中圆形区域I和环形区域Ⅲ内有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度分别为B和

B
2
.一个质子从区域I边界上的A点以速度v沿半径方向射入磁场,经磁场偏转恰好从区域l边界上的C点飞出,AO垂直CO,则关于质子的运动下列说法正确的是(  )
A. 质子最终将离开区域Ⅲ在区域Ⅳ匀速运动
B. 质子最终将一直在区域Ⅲ内做匀速圆周运动
C. 质子能够回到初始点A,且周而复始的运动
D. 质子能够回到初始点A,且回到初始点前,在区域Ⅲ中运动的时间是在区域I中运动时间的6倍

粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力:qvB=

mv2
r

粒子在区域Ⅰ中的半径:r1=
mv
qB

粒子在区域Ⅲ中的半径:r2=
mv
q
B
2
=
2mv
qB
=2r1

画出粒子运动的轨迹如图,由图可得:质点能够回到初始点A,且周而复始的运动.故AB错误,C正确;
粒子在区域Ⅰ中完成
1
4
个圆周运动,粒子在区域Ⅰ中的周期:T1=
r1
v
=
2πm
qB
,粒子在区域Ⅰ中的时间:t1=
1
4
T1=
πm
2qB

在区域Ⅲ中完成
3
4
个圆周运动,粒子在区域Ⅲ中的周期:T2=
r2
v
=
4πm
qB
,粒子在区域Ⅲ中的时间:t2=
3
4
T2=
3πm
qB
=6t1
.故选项D正确.
故选:CD