题目内容

如图所示,坐标系xoy在竖直平面内,空间有沿水平方向垂直于纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B,在x>0的空间里有沿x轴正方向的匀强电场,场强的大小为E,一个带正电的小球经过图中x轴上的A点,沿着与水平方向成=30°角的斜向下方向做匀速直线运动,经过y轴上的B点进入x<0的区域,要使小球进入x<0区域后能在竖直面内做匀速圆周运动,需在x<0区域内另加一匀强电场.若带电小球做圆周运动通过x轴上的C点,且OAOC,设重力加速度为g,求:

(1)小球运动速率的大小.

(2)在x<0的区域所加电场大小和方向.

(3)小球从B点运动C点所用时间及OA的长度.

答案:
解析:

  解:(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而处于平衡状态,由题设条件知:(2分)①

  所以油滴的运动速率为:(1分)②

  (2)油滴在x<0的区域作匀速圆周运动,则油滴的重力与所受的电场力平衡,洛仑兹力提供油滴作圆周运动的向心力.

  所以: 又 所以方向竖直向上(3分)③

  (3)如图所示,连接BC,过B作AB的垂线交x轴于

  因为∠=30°,所以在△AB中,∠AB=60°,又OA=OC 故∠OCB==30°,所以∠CB=30°,C=B,

  则为油滴作圆周运动的圆心.④

  设油滴作圆周运动的半径为R,周期为T,则C=B=R

  且: 

  由于∠CB=120°,油滴从B运动到C的时间为(2分)⑤

  又∠BO=30° 所以O=B=R(1分)⑥

  所以OC=R+R=R 即OA=(1分)⑦

  由①知,所以(1分)⑧

  (1分)


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