题目内容

15.用一根长L=0.8m的轻绳,吊一质量为m=1g的带电小球,放在磁感应强度B=0.1T,方向如图所示的匀强磁场中,将小球拉到与悬点等高处由静止释放,小球便在垂直于磁场的竖直面内摆动,当球第一次摆到低点时,悬线的张力恰好为零(重力加速度g=10m/s2)
(1)小球带何种电荷?电量为多少?
(2)小球第二次经过最低点时,悬线对小球的拉力多大?

分析 (1)小球第一次摆到最低点时速度水平向左,悬线的拉力恰好为零,说明洛伦兹力竖直向上,根据左手定则可判断小球的电性;在下落的过程中只有重力做功,洛伦兹力不做功,可由动能定理求出小球此时的速度,由洛伦兹力和重力的合力提供向心力可求出小球的带电量.
(2)小球第二次经过最低点时,对小球受力分析,找出向心力代入向心力公式即可求出拉力.

解答 解:(1)小球第一次摆到最低点时速度水平向左,悬线的拉力恰好为零,说明洛伦兹力竖直向上,由左手定则,拇指向上,让磁感线穿过掌心,四指就指向右,故小球带负电.
下落的过程中只有重力做功,洛伦兹力不做功,所以总功为:mgL
设此时速度为v,由动能定理得:
mgL=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$
解得:v=$\sqrt{2gL}=\sqrt{16}$=4m/s
此时对小球受力分析如图:

所以:F向=F洛-mg
又:F向=$m\frac{{v}^{2}}{L}$;F洛=qvB
即:qvB-mg=$m\frac{{v}^{2}}{L}$
代入数据得:
q×4×0.1-1×10-3×10=1×10-3×$\frac{{4}^{2}}{0.8}$
解得:q=7.5×10-2C
(2)小球第二次经过最低点时,速度大小不变,方向变为向右
受力分析如图:

F向=F-F洛-mg
又:F向=$m\frac{{v}^{2}}{L}$;
即:F-qvB-mg=$m\frac{{v}^{2}}{L}$代入数据得:
F-7.5×10-2×4×0.1-1×10-3×10=1×10-3×$\frac{{4}^{2}}{0.8}$
解得:F=0.06N
答:(1)小球带负电荷,电量为7.5×10-2C;
(2)小球第二次经过最低点时,悬线对小球的拉力为0.06N.

点评 此题的关键是对小球受力分析找向心力,易错点在于:认为当细线的拉力为零时认为洛伦兹力等于重力.圆周运动的题目关键在找向心力,只要受力分析好了,找出向心力列式计算即可.

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