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13. 如图所示,在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场中,固定一内部真空且内壁光滑的圆柱形薄壁绝缘管道,其轴线与磁场垂直。管道横截面半径为a,长度为l(l≫a)。带电粒子束持续以某一速度v沿轴线进入管道,粒子在磁场力作用下经过一段圆弧垂直打到管壁上,与管壁发生弹性碰撞,多次碰撞后从另一端射出,单位时间进入管道的粒子数为n,粒子电荷量为+q,不计粒子的重力、粒子间的相互作用,下列说法不正确的是( )
题图
A.粒子在磁场中运动的圆弧半径为a
B.粒子质量为Bqa/v
C.管道内的等效电流为nqπa²v
D.粒子束对管道的平均作用力大小为Bnql
【答案】C
【详解】
A.正确。粒子垂直于磁场方向进入磁场,绕轴线做圆周运动,圆心在轴线上;转过 90° 时恰好垂直打到管壁上,此时圆周半径等于管道横截面半径 a,故A正确。
B.正确。由 qvB=mv²/R,R=a,解得 m=qBa/v,故B正确。
C.错误。管道内的等效电流等于单位时间通过横截面的电荷量 I=nq(n 为单位时间进入的粒子数),与管道的截面积无关,不是 nqπa²v,故C错误。
D.正确。粒子束相当于沿管道方向的一股电流 I=nq,它在磁场 B 中受到安培力,管道内这部分电流的长度为 l,故 F=BIL=Bnql,故D正确。
故选C。
【来源】2023年北京高考真题物理【分值】3 分【题型】单选题【难度】★★★★☆