题目内容
如图所示,坐标系xOy在竖直平面内,空间内有垂直于纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B,在>O的空间内有沿轴正方向的匀强电场,场强的大小为E,一个带正电的油滴经过图中轴上的A点,恰好能沿着与水平方向成θ=30°角斜向下的直线做匀速运动,经过y轴上的B点进入<O的区域,要使油滴进入<O区域后能在竖直平面内做匀速圆周运动,需在<O区域内另加一匀强电场。若带电油滴做圆周运动通过轴上的C点,且OA=OC,设重力加速度为g,求:
(1)油滴运动速度的大小;
(2)在<0区域所加电场的大小和方向;
(3)油滴从B点运动到C点所用时间及OA的长度。
(4)画出油滴运动的轨迹
(1)油滴从A运动到B的过程中,油滴受重力、电场力和洛仑兹力作用(图所示)而处于平衡状态,由题设条件可知 …① …②
联立①②可得油滴运动速度大小为:
(2)使油滴在x<0的区域做匀速圆周运动,则油滴的重力与所受的电场力平衡,洛仑兹力提供油滴做圆周运动的向心力。所以有: …③ 又 …④
联立③④可得:,方向竖直向上。
(3)如图所示,连接BC,过B作AB垂线交轴于O′点,因为=30°,所以在△ABO′中,∠AO′B=60°,又OA=OC,故∠OCB==30°,所以∠CBO′=30°,O′C=O′B,则即O′为油滴做圆周运动的圆心。
设油滴做圆周运动的半径为R,周期为T,则 …⑤
运动周期: …⑥
由于∠CO′B=120°,油滴从B运动到C的时间为= …⑦
又∠O′BO=30°,所以,
所以,即=
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