解题思路:(1)小球受到电场力与重力相平衡,即可求解;(2)根据洛伦兹力提供向心力,结合几何关系,从而即可求解;(3)小球运动的速率始终不变,当R变大时,T0也增加,由周期公式结合长度关系,可求出磁感应强度,由运动轨迹,可求出最大周期.并画出运动轨迹.
(1)小球进入电场,做匀速直线运动时 Eq=mg①
解得:E=[mg/q]②
(2)在t1时刻加磁场,小球在时间t0内做匀速圆周运动,设圆周运动周期为T0,半径为R.
竖直向下通过D点,则:t0=[3/4]T0③
Bqv0=m
v02
R④
PF-PD=R
即v0t1-L=R⑤
将③、④代入⑤式解得:t1=
L
v0+
m
qB0⑥
(3)小球运动的速率始终不变,当R变大时,T0也增加,小球在电场中的运动周期T也增加.
在小球不飞出电场的情况下,当T最大时,有:
DQ=2R 即[L/π=
2mv0
qB0]⑥
T0=
2πR
v0=
2πm
B0q⑦
结合⑥⑦式解得:B0=
2πmv0
qL⑧
T0=
L
v0⑨
结合轨迹图可知,小球在电场中运动的最大周期,T=4×(
3T0
4+t0)⑩
结合上式解得:T=
6L
v0
小球在电场中运动一个周期的轨迹图如图所示;
答:(1)场强E的大小E=[mg/q];
(2)如果磁感应强度B0为已知量,试推出满足条件t1的表达式得:t1=
L
v0+
m
qB0;
(3)磁感应强度B0及运动的最大周期T的大小:T=
6L
v0,小球运动一个周期的轨迹如上图所示.
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;向心力.
考点点评: 考查粒子受到电场力与洛伦兹力作用,涉及匀速直线运动与匀速圆周运动,掌握平衡方程与牛顿第二定律的方程,注意几何知识在题中的应用,并掌握运动轨迹的对称性.