问题描述:
如图所示,在竖直空间建立直角坐标系xOy,在第一象限和第四象限内存在竖直向上的,电场强度大小为E1的匀强电场和大小、方向均未知的匀强电场B1,在第二、三象限内存在水平向右,电场强度大小为E2的匀强电场和方向水平向里、磁感应强度的大小为B2的匀强电场.在x轴上坐标为(-d,0)的P点使一质量为m、电荷量为q的带正电的小球以某一速度v沿x轴成37°角的方向射出,小球恰好沿PQ方向匀速运动到y轴上的Q点,该小球进入到第一象限后做匀速圆周运动,恰好经历半个圆周到达半径为r的1 |
4 |
(1)E1与E2的大小之比.
(2)磁场B1的磁感应强度的大小和方向.
(3)小球从P点运动到N点所用的时间.
最佳答案:
(1)在第二象限内的匀速直线运动可知,小球的重力电场力和洛伦兹力三力平衡,如图有:
故有:E2q=mgtan37°…①
小球进入到第一象限后做匀速圆周运动,故有:
mg=E1q…②
联立解得:
E1 |
E2 |
1 |
tan37° |
4 |
3 |
(2)小球进入到第一象限后做匀速圆周运动,轨迹如下图,
由几何关系得:轨道半径满足:sin37°=
r |
2R |
由洛伦兹力提供向心力得:B1qv=
mv2 |
R |
由③④解得:B1=
6mv |
5qr |
由于粒子带正电,结合运动轨迹及左手定则可得,磁场B1的方向垂直于纸面向外.
(3)粒子从P到Q的时间为:t1=
d |
vcos37° |
做半圆运动的时间为:t2=
πR |
v |
做四分之一圆周运动的时间为:t3=
πr |
2v |
总时间为t=t1+t2+t3…⑨
联立③⑥⑦⑧⑨得:t=
15d+16πr |
12v |
答:(1)E1与E2的大小之比为
4 |
3 |
(2)磁场B1的磁感应强度的大小为
6mv |
5qr |
(3)小球从P点运动到N点所用的时间为
15d+16πr |
12v |