题目内容


如图甲所示,在光滑绝缘水平桌面内建立xoy坐标系,在第Ⅱ象限内有平行于桌面的匀强电场,场强方向与x轴负方向的夹角θ=45°。在第Ⅲ象限垂直于桌面放置两块相互平行的平板C1、C2,两板间距为d1=0.6m,板间有竖直向上的匀强磁场,两板右端在y轴上,板C1与x轴重合,在其左端紧贴桌面有一小孔M,小孔M离坐标原点O的距离为l1=0.72m。在第Ⅳ象限垂直于x 轴放置一竖直平板C3,垂足为Q,Q、O相距d2=0.18m,板C3长l2=0.6m。现将一带负电的小球从桌面上的P点以初速度垂直于电场方向射出,刚好垂直于x轴穿过C1板上的M孔,进入磁场区域。已知小球可视为质点,小球的比荷,P点与小孔M在垂直于电场方向上的距离为,不考虑空气阻力。求:

(1)匀强电场的场强大小;

(2)要使带电小球无碰撞地穿出磁场并打到平板C3上,求磁感应强度B的取值范围;

(3)以小球从M点进入磁场开始计时,磁场的磁感应强度随时间呈周期性变化,如图乙所示,则小球能否打在平板C3上?若能,求出所打位置到Q点距离;若不能,求出其轨迹与平板C3间的最短距离。 (,计算结果保留两位小数)


解:(1)小球在第Ⅱ象限内做类平抛运动有:

                                                         1分

                                                   1分

由牛顿第二定律有:                                     1分

代入据解得:                                      1分

(2)设小球通过M点时的速度为v,

由类平抛运动规律:    1分

小球垂直磁场方向进入两板间做匀速圆周运动,轨迹如图,

由牛顿第二定律有:        1分

得:

小球刚好能打到Q点磁感应强度最强设为B1。此时小球的轨迹半径为R1

由几何关系有:     2分

解得:                       1分

小球刚好不与C2板相碰时磁感应强度最小设为B2,此时粒子的轨迹半径为R2

由几何关系有:                                       1分


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