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1[소방간부후보생 물리학개론] 26년 1회차
그림과 같이 xyxy평면에서 세기가 B0B_0인 균일한 자기장 영역에 전하량이 +q+q이고 속력이 vv인 입자 A, B가 +y+y방향으로 입사한 후 각각 원궤도를 따라 운동하여 xx축 상의 점 a, b를 지난다. A, B의 질량은 각각 mAm_{\mathrm{A}}, mBm_{\mathrm{B}}이고, mA>mBm_{\mathrm{A}} > m_{\mathrm{B}}이다.

a와 b 사이의 거리는?
문제 이미지
1
(mA+mB)v2qB0\frac{(m_{\mathrm{A}}+m_{\mathrm{B}})v}{2qB_0}
2
(mA+mB)vqB0\frac{(m_{\mathrm{A}}+m_{\mathrm{B}})v}{qB_0}
3
(mA−mB)vqB0\frac{(m_{\mathrm{A}}-m_{\mathrm{B}})v}{qB_0}
4
(mA−mB)v2qB0\frac{(m_{\mathrm{A}}-m_{\mathrm{B}})v}{2qB_0}
5
2(mA−mB)vqB0\frac{2(m_{\mathrm{A}}-m_{\mathrm{B}})v}{qB_0}
해설

a와 b 사이의 거리는 두 원궤도 지름의 차인 2(mA−mB)vqB0\dfrac{2(m_{\mathrm{A}}-m_{\mathrm{B}})v}{qB_0}이다.

두 입자는 같은 점에서 +y방향으로 입사해 반원을 그린 뒤 x축으로 돌아오므로, 입사점에서 a, b까지의 거리는 각 궤도의 지름이다.

반지름: qvB0=mv2r⇒r=mvqB0qvB_0=\dfrac{mv^2}{r}\Rightarrow r=\dfrac{mv}{qB_0}
거리: 2rA−2rB=2(mA−mB)vqB02r_{\mathrm{A}}-2r_{\mathrm{B}}=\dfrac{2(m_{\mathrm{A}}-m_{\mathrm{B}})v}{qB_0}

  • (mA+mB)v2qB0\dfrac{(m_{\mathrm{A}}+m_{\mathrm{B}})v}{2qB_0} — a, b는 입사점의 같은 쪽에 있으므로 반지름의 합이 아니라 지름의 차를 써야 한다.
  • (mA+mB)vqB0\dfrac{(m_{\mathrm{A}}+m_{\mathrm{B}})v}{qB_0} — 질량의 합을 쓴 값으로 맞지 않다.
  • (mA−mB)vqB0\dfrac{(m_{\mathrm{A}}-m_{\mathrm{B}})v}{qB_0} — 반지름의 차로, 지름의 차의 절반이다.
  • (mA−mB)v2qB0\dfrac{(m_{\mathrm{A}}-m_{\mathrm{B}})v}{2qB_0} — 지름의 차의 4분의 1에 해당한다.

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