题目内容

如图所示,位于竖直平面内的坐标系xOy,在其第三象限空间有沿水平方向的、垂直于纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B,还有沿x轴负方向的匀强电场,场强大小为E.在其第一象限空间有沿y轴负方向的、场强为E/ =4/3E的匀强电场,并在y >h区域有磁感应强度也为B的垂直于纸面向里的匀强磁场.一个带电荷量为q的油滴从图中第三象限的P点得到一初速度,恰好能沿PO作直线运动(PO与x轴负方向的夹角为θ =37°),并从原点O进入第一象限.已知重力加速度为g,sin37°= 0.6,cos37°= 0.8,问:

(1)油滴的电性;

(2)油滴在P点得到的初速度大小;

(3) 油滴在第一象限运动的时间和离开第一象限处的坐标值.

(1)油滴带负电  (2)(3)    [,0]


解析:

油滴在第三象限的正交的电磁场中,只能做匀速直线运动。若做变速运动,洛伦兹力会发生变化,油滴不可能再做直线运动。在第一象限中,注意电场力与重力平衡。

(1)油滴带负电。                            

(2)对油滴受力分析(如图),可知油滴从P到O沿直线必为匀速运动,设油滴质量为m:

               由平衡条件有:            

                                    

       综合前两式,得:          

(3)进入第一象限,由于电场力,可知油滴先作匀速直线运动,进入y ≥ h的区域后作匀速圆周运动,路径如右图所示,最后从x轴上的N点离开第一象限.

由O→A匀速运动位移为:

运动时间:            

由几何关系和周期关系式知由A→C的圆周运动时间为

                          

       由对称性知从C→N的时间:

在第一象限运动的总时间:            

由在磁场中的匀速圆周运动,有:                         

解得到轨道半径:                                 

       图中:                            

        即离开第一象限处(N点)的坐标为[,0]     

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