解题思路:(1)对小球进行受力分析,小球在斜面上做匀速圆周运动,受到重力、斜面的支持力和电场力的合力为0,从而求出电场强度;
(2)绳子断后绳子在斜面上受到的洛伦兹力提供向心力,写出动力学方程,求得小球运动的半径与周期,然后求出小球运动的路程、位移以及电场力做的功.
(1)根据题意,小球在斜面上做匀速圆周运动,受到重力、斜面的支持力和电场力的合力为0,绳子的拉力提供向心力,则有:mgtanθ=qE
得:E=
mgtanθ
q
(2)绳子断后绳子在斜面上受到的洛伦兹力提供向心力,设运动的半径为R,得:
qv0B=
m
v20
R
得:R=
mv0
qB
而小球做圆周运动的周期:T=
2πR
v0=
2πm
qB
由于t=
πm
qB=
1
2T,所以小球在t时间内在斜面上通过的路程为:
s=v0t=
πmv0
qB
在此过程中,电场力对小球做功:W=qE•2Rcosθ=
2m2gv0sinθ
qB
由于电场力对小球做正功,所以小球的电势能的减少量△EP为:△EP=W=
2m2gv0sinθ
qB
答:(1)所加匀强电场电场强度的大小是[mgtanθ/q];
(2)经过时间t=[πm/Bq]小球通过的路程是,小球电势能的变化量是
2m2gv0sinθ
qB.
点评:
本题考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动;牛顿第二定律;带电粒子在匀强电场中的运动.
考点点评: 该题中,明确小球受到重力、斜面的支持力和电场力的合力为0,而后找出向心力是解题的关键.