题目内容


如图,竖直面内坐标系xOy第一、三象限角平分线A1A2右侧区域有匀强电场和匀强磁场。平行板M、N如图放置,M板带正电。带负电的N板在x轴负半轴上。N板上有一小孔P,离原点O的距离为L。A1A2上的Q点处于P孔正下方。已知磁感应强度为B,方向垂直纸面向外。M、N板间距为L、电压为。质量为m、电量为+q的小球从OA2上坐标为(b,b)的某点以速度v水平向右进入场区,恰好能做匀速圆周运动。(重力加速度为g)

(1)求A1A2右侧区域内电场强度大小与方向。

(2)当b与v满足怎样的关系表达式时,小球均能从Q点离开场区?

(3)要使小球能进入M、N板间但又不碰上M板,求b的取值范围。


解:(1)带电粒子进入场区后能做匀速圆周运动,则必须满足

                 

解得              

方向竖直向上     

(2)如图,粒子从坐标为(b,b)的位置出发,从Q点离开,由几何关系得,其圆周运动的半径为R=b+L.                 

又                    

由解得             

(3)粒子离开场区时速度方向竖直向上,因此要使粒子能进入MN板间,则粒子必须从Q点离开场区后作竖直上抛运动经P孔进入MN板间。

假设粒子在场区做圆周运动的速度为v,若粒子到达P孔时速度为零,则有

                 

解得                  

若粒子到达M板时速度为零,则有

                

解得                       

则要使粒子能进入MN板间,则其在场区做匀速圆周运动的速度范围为

         

由得         

【评分说明:第(1)问给4分,①式2分,②式1分,电场强度方向1分;③④⑤⑥⑧各2分;⑦⑨⑩各1分。共18分。】


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