Question

如图9所示，在水平地面上方附近有一范围足够大的互相正交的匀强电场和匀强磁场区域。磁场的磁感应强度为B，方向水平并垂直纸面向里。一质量为m、带电荷量为q的带正电微粒在此区域内沿竖直平面（垂直于磁场方向的平面）做速度大小为v的匀速圆周运动。若某时刻微粒在场中运动到P点时，其速度方向与水平方向的夹角为θ=60°，且已知P点与水平地面间的距离等于其做圆周运动的半径，重力加速度为g。试求：

（1）此区域内电场强度；

（2）则该微粒运动到最高点时与水平地面间的距离；

（3）若当带电微粒运动至最高点时，将电场强度的大小变为原来的1/2（不计电场变化对原磁场的影响），且带电微粒能落至地面，则带电微粒落至地面时的速度大小为多少？

Answer 1

解：（1）带电微粒所受的电场力和重力大小相等、方向相反，因此电场强度的方向竖直向上。设电场强度为E，则有mg=qE，即E=mg/q；--- 3分

（2）设带电微粒做匀速圆周运动的轨道半径为R，根据牛顿第二定律和洛仑兹力公式有 qvB=mv²/R，解得R=，--- 2分

依题意可画出带电微粒做匀速圆周运动的轨迹，由如图所示的几何关系可知，该微粒运动最高点与水平地面间的距离：h_m=5R/2=；---3分

（3）将电场强度的大小变为原来的1/2，则电场力变为原来的1/2，

即F_电=mg/2，--- 1分

带电微粒运动过程中，洛仑兹力不做功，所以在它从最高点运动至地面的过程中，只有重力和电场力做功。设带电微粒落地时的速度大小为v_t，根据动能定理有 ： mgh_m-F_电h_m=mv_t²-mv²，--- 2分

解得：。--- 1分