解题思路:(1)若在整个空间加一匀强电场E1,使小球在xOz平面内做匀速圆周运动,重力与电场力平衡,由平衡条件求出场强.由牛顿第二定律求出半径.
(2)若在整个空间加一匀强电场E2,使小球沿Ox轴做匀速直线运动,重力、电场力和洛伦兹力的合力为零,根据平衡条件求出场强.
(3)若在整个空间加一沿y轴正方向的匀强电场,小球在复合场中做螺旋运动,运用分解法研究坐标y和动能Ek.
(1)由于小球在磁场中做匀速圆周运动,设轨道半径为r,则
qE1=mg解得E1=
mg
q,方向沿y轴正向
又qvB=m
v20
r,解得
r=
mv0
qB
(2)小球做匀速直线运动,受力平衡,则
qE2=
(mg)2+(qv0B)2
解得E2=
(
mg
q)2+
v20B2
(3)小球在复合场中做螺旋运动,可以分解成水平面内的匀速圆周运动和沿y轴方向的匀加速直线运动.
做匀加速运动的加速度a=
qE3−mg
m=2g
从原点O到经过y轴时经历的时间
t=nT
y=
1
2at2
解得y=
4n2π2m2g
q2B2(n=1、2、3…)
由动能定理得(qE3−mg)y=Ek−
1
2mv02
解得Ek=
1
2mv02+
8n2π2m3g2
q2B
点评:
本题考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动;共点力平衡的条件及其应用;带电粒子在混合场中的运动.
考点点评: 本题关键要掌握物体做匀速圆周运动的条件,分析受力情况是基础.对于小球做螺旋运动,采用运动的分解法研究是常用方法.