题目内容

【题目】如图所示,直角坐标系xOy位于竖直平面内,在水平的x轴下方存在匀强磁场和匀强电场,磁场的磁感应为B=1.0T,方向垂直xOy平面向里,电场线平行于y 轴。一质量为m=1.0×10-2kg、电荷量为q= 1.0× 10-2C的带正电的小球,从y轴上的A点水平向右抛出,经x轴上的M点进入电场和磁场,恰能做匀速圆周运动,从轴上的N点第一次离开电场和磁场,MN之间的距离为L=2.0m,小球过M点时的速度方向与x轴的 方向夹角为θ=30°.不计空气阻力,重力加速度g=10m/s,求:

(1)电场强度E的大小和方向;

(2)小球从A点抛出时初速度的大小;

(3)M点到0点的距离。

【答案】(1)10N/C,电场强度方向竖直向上. (2) (3)

【解析】(1)小球在电场、磁场中恰能做匀速圆周运动,其所受电场力必须与重力平衡,有qE=mg

解得:E=10N/C

重力的方向是竖直向下的,电场力的方向则应为竖直向上,由于小球带正电,所以电场强度方向竖直向上.

(2)小球做匀速圆周运动,O为圆心,MON为弦长,∠MOP=θ,如图所示.设半径为r,由几何关系知

小球做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供,设小球做圆周运动的速率为v,有qvB=m

由速度的合成与分解知

由以上各式联立得:

(3)设小球到M点时的竖直分速度为vy,它与水平分速度的关系为

由平抛运动规律x=v0t

vy=gt

x=m

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