题目内容

【题目】如图所示,空间内有方向垂直纸面(竖直面)向里的界匀强磁场区域Ⅰ、Ⅱ,磁感应强度大小未知,区域Ⅰ内有竖直向上的匀强电场,区域Ⅱ内有水平向右的匀强电场,两区城内的电场强度大小相等,现有一质量、电荷量的带正电滑块从区域Ⅰ左侧与边界相距的点以的初速度沿粗糙、绝缘的水平面向右运动,进入区域Ⅰ后,滑块立即在竖直平面内做匀速圆周运动,在区域Ⅰ内运动一段时间后离开磁场落回点。已知滑块与水平面间的动摩擦因数,重力加速度。

(1)求匀强电场的电场强度大小和区域Ⅰ中磁场的磁感应强度大小;

(2)求滑块从点出发到再次落回点所经历的时间(可用分数表示,圆周率用字母表示);

(3)若滑块在点以的初速度沿水平面向右运动,当滑块进入区域Ⅱ后恰好能做匀速直线运动,求有界磁场区域Ⅰ的宽度及区域Ⅱ内磁场的磁感应强度大小。(可用分数表示)。

【答案】(1);(2);(3)

【解析】

试题分析:(1)滑块在区域I内做匀速圆周运动时,重力与电场力平衡,则有:

解得:

滑块在AN间运动时,由牛顿第二定律可得:

由运动公式可得:

代入数据得:

平抛运动过程满足:,

做圆周运动满足

联立方程求解得:。

(2)滑块在AN间的时间:

在磁场中做匀速圆周运动的时间:

平抛运动的时间:

总时间为:。

(3)设滑块进入磁场时的速度为v,满足:

代入数据得:

滑块在区域II做直线运动时,合力一定为0,由平衡知:

解得 :

滑块离开磁场区域I时的速度方向一定与水平成角。由几何关系知:

当滑块在区域I中做匀速圆周运动时有:

解得:

联立得:。

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