题目内容
如图所示,在y轴竖直向上的直角坐标系中,电场、磁场的分布情况如下:
①在o<y<α口的区域内,存在沿x轴负向的匀强电场和垂直xoy平面向里的匀强磁场;
②在y<o区域内,存在沿y轴正向的匀强电场;
③在y<y1区域内,同时存在垂直xoy平面向外的匀强磁场;
各区域的电场、磁场强弱相同.一质量为m、电量为q带正电的小球,从xoy平面内的P点以初速v0向右抛出.小球进入0<y<α的复合场区沿直线运动,恰好过坐标原点,方向如图.如果小球能够第二次到达O点,m、α、v0、q、g为已知量,求:
(1)p点坐标;
(2)磁感应强度B;
(3)小球两次通过O点经历的时间.
①在o<y<α口的区域内,存在沿x轴负向的匀强电场和垂直xoy平面向里的匀强磁场;
②在y<o区域内,存在沿y轴正向的匀强电场;
③在y<y1区域内,同时存在垂直xoy平面向外的匀强磁场;
各区域的电场、磁场强弱相同.一质量为m、电量为q带正电的小球,从xoy平面内的P点以初速v0向右抛出.小球进入0<y<α的复合场区沿直线运动,恰好过坐标原点,方向如图.如果小球能够第二次到达O点,m、α、v0、q、g为已知量,求:
(1)p点坐标;
(2)磁感应强度B;
(3)小球两次通过O点经历的时间.
(1)带电小球进入0<y<α区域时,速度方向如图甲,

由此可知,vy=v0
小球由P点抛出做平抛运动.
vy=gt
由①②可得t=
所以,水平位移s=v0t=
垂直位移h=
=
由小球沿直线运动可知,小球进入此区域时的坐标为(-α,α).
故P点坐标为[-(
+a),(
+a)]⑤
(2)小球在0<y<α区域沿直线运动,一定是匀速直线运动,受力如图乙所示
qE=mg ⑥
由qvB=
mg和v=
v0⑦
解得B=
⑧
(3)小球在y<0区域内运动如图丙所示,先作匀速直线运动,后作匀速圆周运动,再做直线运动至O点,设其运动时间分别为t1、t2、t3,⑨

由Loc=Lob=R,qvB=
,和Lob=vt1 ⑩
得t1=
(11)
T=
=
(12)
t2=
t=
(13)
分析知t3=t1=
,两次经过O点历时间为
t=2t1+t2=(2+
)
(14)
答:
(1)P点坐标为[-(
+a),(
+a)].
(2)磁感应强度B是
;
(3)小球两次通过O点经历的时间为(2+
)
.
由此可知,vy=v0
小球由P点抛出做平抛运动.
vy=gt
由①②可得t=
| v0 |
| g |
所以,水平位移s=v0t=
| ||
| g |
垂直位移h=
| ||
| 2g |
| ||
| 2g |
由小球沿直线运动可知,小球进入此区域时的坐标为(-α,α).
故P点坐标为[-(
| ||
| g |
| ||
| 2g |
(2)小球在0<y<α区域沿直线运动,一定是匀速直线运动,受力如图乙所示
qE=mg ⑥
由qvB=
| 2 |
| 2 |
解得B=
| mg |
| qv0 |
(3)小球在y<0区域内运动如图丙所示,先作匀速直线运动,后作匀速圆周运动,再做直线运动至O点,设其运动时间分别为t1、t2、t3,⑨
由Loc=Lob=R,qvB=
| mv2 |
| R |
得t1=
| v0 |
| g |
T=
| 2πm |
| qB |
| 2πv0 |
| g |
t2=
| 3 |
| 4 |
| 3πv0 |
| 2g |
分析知t3=t1=
| v0 |
| g |
t=2t1+t2=(2+
| 3π |
| 2 |
| v0 |
| g |
答:
(1)P点坐标为[-(
| ||
| g |
| ||
| 2g |
(2)磁感应强度B是
| mg |
| qv0 |
(3)小球两次通过O点经历的时间为(2+
| 3π |
| 2 |
| v0 |
| g |
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