解题思路:(1)由于洛伦兹力大小与速度成正比,要使质点进入真空室后做直线运动,质点的受力必须平衡做匀速直线运动,根据平衡条件,依据几何关系可求出电场强度大小及其方向;
(2)撤去电场后,只有重力对质点做功,其机械能守恒,由机械能守恒定律列式求速率vp.
(3)当撤去磁场后,带电质点只受电场力和重力作用,在这个过程中电场力不做功,由机械能守恒定律可求出M、N两点间的竖直高度H;由质点做类平抛运动将其速度分解
进行求解.
(1)要使质点进入真空室后做直线运动,质点的受力必须平衡而做匀速直线运动,其受力如图
由于带电质点做匀速直线运动,由平衡条件和几何关系可知
(qv0B)2+(qE)2=(mg)2
解得 E=
(mg)2−(qv0B)2
q
电场E的方向为沿与重力方向夹角θ=arcsin
qv0B
mg,且斜向下的一切方向
(2)撤去电场后,只有重力对质点做功,其机械能守恒,则有
[1/2m
v20]+mgH=[1/2m
v2P]
解得,vp=
v20+2gH
(3)当撤去磁场后,带电质点只受电场力和重力作用,这两个力的合力大小为qv0B,方向既垂直初速度v0的方向也垂直电场E的方向,带电质点做类平抛运动,则
加速度大小为a=
qv0B
m
H=[1/2at2•sinθ=
qv0B
2mt2•
qv0B
m]
整理得H=
q2v02B2t2
2m2g
因电场力在这个过程中不做功,则由机械能守恒定律得
[1/2m
v2N]=mgH+
1
2m
v
点评:
本题考点: 带电粒子在匀强电场中的运动;电场强度.
考点点评: 本题中带电质点匀速直线运动时,由洛伦兹力、电场力与重力相平衡,结合几何关系来综合求解;撤去电场或磁场时,分析受力情况,根据机械能守恒及类平抛运动规律来求解.