解析: 质子在圆形磁场中走过一段圆弧后离开圆形磁场区域,如图3-6-1所示,由几何关系可知ABO四点共圆,tanθ=R/r=BqR/mv,质子在磁场中运动的时间为t=2θT/2π=θT/π,由于周期不变,所以在磁场中的运动时间与成正比.当质子的速度较小时,对应的θ较大,即运动时间较长;粒子偏转角度大时对应的运动时间也长,由于质子最终将离开圆形磁场,所以在磁场中运动的时间不可能无限长,本题的正确选项是C.
拓展: 粒子在圆形磁场中的运动时间到底由什么因素决定?应养成配图分析的习惯、推导粒子在磁场中运动时间的决定因素,在这个基础上再对各个选项作出判断。
例2、 α粒子和氘核垂直于磁感线方向进入同一匀强磁场中,它们作匀速圆周运动的半径相同,其原因可能是它们( )
A.进入磁场的初速度相同
B.进入磁场的初动能相同
C.入磁场的初动量相同
D.进入磁场前均由静止起经同一电场加速
解析: 根据Bqv=mv2/r得半径公式为r=mv/Bq=P/qB=(2mEk)1/2/qB,如果v相同,则r∝m/q,α粒子和氘核的荷质比是相同的,所以r相同,答案A是正确的;如果初动能相同,则r∝m1/2/q,由于α粒子和氘核的q2/m不相同,所以r不相同,答案B是错误的;如果初动量相同,则r∝q,由于α粒子和氘核的电量不相同,所以r不相同,答案C是错误的;当进入磁场前均由静止起经同一电场加速时,
r= (2mEk)1/2/qB=(2mU/q)1/2/B∝(m/q)1/2,显然r相同.本题的正确选项是AD.
拓展:本题涉及的知识有动能、动量、粒子的比荷、带电粒子在电场中的加速等,涉及的运算技能主要是比值法运算,公式的变形等,学习过程中应注重逻辑推理能力的培养。