解题思路:(1)由带电小球做匀速圆周运动判断出小球受到的重力大于电场力,洛伦兹力提供向心力;电场反向过后电场力的方向向下,根据牛顿第二定律求得小球的加速度,然后根据小球做类平抛运动,将运动分解即可求得小球的初速度;(2)带电小球做匀速圆周运动时,根据洛仑兹力提供向心力得出牛顿第二定律的方程,然后由圆周运动轨迹分析得半径与L的关系,即可求出磁感应强度;(3)结合小球的运动轨迹的特点,画出磁场最小的区域,然后根据几何关系求得结果.
(1)由带电小球做匀速圆周运动知:mg=Eq
所以电场反向后竖直方向受力:Eq+mg=ma
得:a=2g
小球做类平抛运动有:[1/2L=v0t;
L=
1
2]•2gt2
得:v0=
1
2
gL
(2)带电小球做匀速圆周运动时,洛仑兹力提供向心力,根据左手定则可得磁场的方向垂直于纸面向里.
qv0B =
m
v20
R
得:B=
mv0
qR
由圆周运动轨迹分析得:(L-R)2+([L/2])2=R2
R=
5
8L
代入得:B=
4E
gL
5gL
(3)由小球运动轨迹的范围知最小矩形磁场的长、宽分别为:
a2=(L)2+([1/2L)2
a=
5L
2]
b=R−R•
L
2a=
(5−
5)L
8
面积:S=ab=
5(
5−1)L2
16
答:(1)小球从A点出发时的初速度大小
1
2
gL;
(2)磁感应强度B的大小是
4E
gL
5gL,方向垂直于纸面向里;
(3)如果在第一象限内存在的磁场范围是一个矩形,这一范围的最小面积是
5(
5−1)L2
16.
点评:
本题考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动;带电粒子在匀强电场中的运动.
考点点评: 本题考查带电粒子在匀强磁场中的运动,要掌握住半径公式、周期公式,画出粒子的运动轨迹后,几何关系就比较明显了.