题目内容
【题目】如图所示,在真空中的竖直平面内有一xoy平面直角坐标系,x轴下方有竖直向上的匀强电场,场强大小为E,且第三象限有垂直于纸面向外的水平匀强磁场;x轴上方有竖直向上的匀强电场,场强大小为。现有一电荷量的绝对值为q的带电小球,从第四象限中坐标值为(,- 2 l0) 的A点以与y轴夹角θ = 30°的速度v0斜向左上运动,恰能沿直线运动并经过y轴上的N点进入第三象限,接着垂直于x轴进入第二象限。已知重力加速度为g,求:
(1)带电小球的质量;
(2)匀强磁场的磁感应强度;
(3)带电小球从A点出发到第4次通过x轴时共经历的时间。
【答案】(1);(2);(3)()+。
【解析】
(1)由A到N“恰能沿直线运动”,必为匀速运动,故:
mg = qE ,
得:
m =;
(2)进入第三象限后,合力等于洛伦兹力,做匀速圆周运动,由“垂直于x轴进入第二象限”及几何知识知,带电小球在磁场中做速率为v0的圆周运动的半径为:
r = l0,
又由得:
,
故 :
;
(3)A到N的时间为:
,
从N点转过圆心角30°到达x轴的时间为:
,
带电小球进入第二象限后,做“类竖直上抛运动”,由
,
得:
(方向竖直向下) ,
在第二象限上升到最高点的时间为:
,
由对称性可知,从D回到C点所用时间为:
t4 = t3,
在第三象限中从C到P(半圆)所用时间为:
t5 =T = 6 t2 ,
设从P点进入第二象限运动至最高点Q所用时间为t6,从Q点回到P第四次通过x轴所用时间为t7,易知:
t6 = t7 = t4 = t3,
故带电小球从A点出发到第四次通过x轴时共经历的时间为:
t = t1 + t2 + t3 + t4 +t5 + t6 + t7,
即:
t =()+。
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