如图甲所示,竖直面MN的左侧空间存在竖直向上的匀强电场(上、下及左侧无边界).一个质量为m、电量为q的可视为质点的带正电

1个回答

  • 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]T0

    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.

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