题目内容

如图所示,A板左侧存在着水平向左的匀强电场E1,A板上有一水平小孔正对右侧竖直屏上的O点,A板与屏之间距离为L,A板与屏之间存在竖直向下的匀强电场E2和沿垂直纸面向外的匀强磁场.一个带负电的可视为质点的微粒从P点以某一初速度v0竖直向上射入电场,经时间0.4s恰好从A板中的小孔水平进入右侧区域,并作匀速圆周运动,最终打在屏上的C处.已知微粒电量和质量的比值
q
m
=25C/kg,磁感应强度B=0.1T,A板与屏之间距离L=0.2m,屏上C点离O点的距离为h=
3
15
m.不考虑微粒对电场和磁场的影响,取g=l0m/s2.求:(1)匀强电场E2的大小;
(2)微粒从A板小孔射入速度v的大小;
(3)匀强电场E1的大小;
(4)微粒从P点运动到C点的总时间.
分析:粒子在A板右侧重力与电场力相等;
画出轨迹根据几何知识求出圆周运动半径,然后由半径公式求速度;
根据水平方向的分运动形式求解;
确定出粒子圆周运动的圆心角,然后根据圆周运动周期公式求圆周运动的时间,然后求总时间.
解答:解:(1)由微粒进入A板右侧区域做匀速圆周运动可得:
qE2=mg
E2=
mg
q
=
10
25
=0.4N/C
(2)设微粒做匀速圆周运动的半径为R,
由几何关系R2=L2+(R-h)2
得:R=
2
3
15
m
设圆心角为θ,sinθ=
L
R
=
3
2
  θ=60°
洛伦兹力提供向心力:qvB=m
v2
R

v=
qBR
m
=
3
3
m/s=0.58m/s
(3)微粒从P到S,水平方向做匀加速运动,
水平方向:a=
v
t
=
0.58
0.4
=1.45m/s2
由牛顿第二定律得:qE1=ma
E1=
ma
q
=0.058N/C
(4)匀速圆周运动的周期:
T=
2πm
qB
=
4π
5
s
微粒从S运动到C点时间为:tSC=
θ
360°
T=
T
6

t总=tPS+
T
6
=0.82s
答:(1)匀强电场E2的大小0.4N/C;
(2)微粒从A板小孔射入速度v的大小0.58m/s;
(3)匀强电场E1的大小0.058N/C;
(4)微粒从P点运动到C点的总时间0.82s.
点评:本题没有采用程序法思维,而采用倒叙法,先研究最后一个过程,再研究前面的过程.微粒在电场和重力场的复合场中运动,运用运动的分解法,在磁场中采用画轨迹的方法,方法不同.
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