题目内容

【题目】如图所示,下端封闭、上端开口、高h=5m内壁光滑的细玻璃管竖直放置,管底有一质量m=10g、电荷量q=O.2C的小球.整个装置以u=5m/s的速度沿垂直于磁场方向进入B=0.2T、方向水平的匀强磁场,由于外力的作用,玻璃管在磁场中的速度保持不变,最终小球从上端管口飞出.取g=10m/s2.求:

(1)小球的带电性;

(2)小球在管中运动的时间;

(3)小球在管内运动过程中增加的机械能.

【答案】(1)正电;(2) 1s; (3) 1J

【解析】1)根据题意,小球受洛伦兹力的方向向上,故小球带正电。

2)小球的实际运动速度可分解为水平方向的速度v和竖直方向的速度vy. 与两个分速度对应的洛伦兹力的分力分别是水平方向的Fx和竖直方向的Fy.其中,竖直方向的洛伦兹力Fy=qvB不变,在竖直方向上,由牛顿第二定律得 qvB-mg=ma

又由h=at2,解得t=1s

3)小球飞出管口时,竖直速度为vy=at

飞出管口的合速度为

动能增量重力势能的增量ΔEp=mgh

解上述各式得机械能增加量为ΔEk+ΔEp=1J

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