Question

(18分) 如圖所示，坐標(biāo)系xOy在豎直平面內(nèi)，空間有沿水平方向垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，在x > 0的空間里有沿x軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)的大小為E，一個(gè)帶正電的小球經(jīng)過(guò)圖中的x軸上的A點(diǎn)，沿著與水平方向成= 30°角的斜向下直線做勻速運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)y軸上的B點(diǎn)進(jìn)入x < 0的區(qū)域，要使小球進(jìn)入x < 0區(qū)域后能在豎直面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，需在x < 0區(qū)域另加一勻強(qiáng)電場(chǎng)，若帶電小球做圓周運(yùn)動(dòng)通過(guò)x軸上的C點(diǎn)（C點(diǎn)未標(biāo)出），且，設(shè)重力加速度為g，求：

(1)小球運(yùn)動(dòng)速率的大小；

(2)在x< 0的區(qū)域所加電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小和方向；

(3)小球從B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)所用時(shí)間．

 

 

 

 

 

 

Answer 1

(1)  (2)方向豎直向上   (3)

解析:解：(1）小球從A運(yùn)動(dòng)到B的過(guò)程中，小球受重力、電場(chǎng)力和洛倫茲力作用而處于平衡狀態(tài)，由題設(shè)條件知(3分)， 所以小球的運(yùn)動(dòng)速率為。（3分）

(2)小球在x<0的區(qū)域做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則小球的重力與所受的電場(chǎng)力平衡，洛倫茲力提供做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力．則，（1分） 又tan 30⁰=．（1分）

所以(3分)，方向豎直向上．（1分）

(3）如圖所示，連接BC，過(guò)B作AB的垂線交x軸于．

因?yàn)?i>θ=30°，所以∠AO’B=60°，又 =，

故∠OCB=θ=30°，所以∠CBO’=30°，

，則O’為小球做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心

且 ， ，（2分）

由于∠CB=120⁰，（1分）

小球從點(diǎn)B運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)C的時(shí)間為    ，（1分）

又，所以。（2分）