题目内容

【题目】如图所示,直角坐标系xOy位于竖直平面内,在x轴下方存在匀强磁场和匀强电场,磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直xOy平面向里,电场线平行于y轴。一质量为m、带电量为 +q的小球,从y轴上的A点水平向右抛出,经x轴上M点进入电磁场,恰能做匀速圆周运动,从x轴上的N点第一次离开电磁场,MN之间的距离为L,小球过M 点时的速度方向与x轴正方向夹角为θ。不计空气阻力,重力加速度为g,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v0的大小;

(3)现使x轴下方的匀强磁场消失,x轴下方只有平行于y轴的匀强电场,当电场强度调整为多大时能使小球也经过N点。

【答案】(1),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:

所以:

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

(2)小球做匀速圆周运动,如图所示O'为圆心,MN为弦长,,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:

由速度的合成与分解知:

联立解得:

(3) x轴下方只有平行于y轴的匀强电场时小球在电场力与重力的合力作用下匀变速曲线运动,沿x轴方向做匀速直线运动,所以M到N的时间为:

y轴方向上先做匀减速直线运动,再做匀加速直线运动,在M点沿y轴方向的初速度为:

根据对称性可知小球向下运动到竖直速度为0时时间为:

而根据牛顿第二定律有:

联立解得:

答:(1)电场强度E的大小为,方向竖直向上;

(2)小球从A点抛出时初速度的大小为.

(3)当电场强度调整为时能使小球也经过N点

练习册系列答案
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【题目】小明通过实验验证力的平行四边形定则。

①实验记录纸如图所示,O点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置,两弹簧测力计共同作用时,拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点,一个弹簧测力计拉橡皮筋时,拉力F3的方向过P3点。三个力的大小分别为:F1=3.30N、F2=3.85N和F3=4.25N。请根据图中给出的标度作图求出F1和F2的合力。____

②仔细分析实验,小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化,影响实验结果。他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度,发现读数不相同,于是进一步探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的影响。实验装置如图所示,将一张白纸固定在竖直放置的木板上,橡皮筋的上端固定于O点,下端N挂一重物。用与白纸平行的水平力缓慢地移动N,在白纸上记录下N的轨迹。重复上述过程,再次记录下N的轨迹。两次实验记录的轨迹如图所示。过O点作一条直线与轨迹交于a、b两点,则实验中橡皮筋分别被拉伸到a和b时所受拉力Fa、Fb的大小关系为Fa______Fb。(填“大于”、“小于”或“等于”)

③根据②的实验,可以得出的实验结果有_____(填写选项前的字母)

A.橡皮筋的长度与受到的拉力成正比

B.两次受到的拉力相同时,橡皮筋第2次的长度较长

C.两次被拉伸到相同长度时,橡皮筋第2次受到的拉力较大

D.两次受到的拉力相同时,拉力越大,橡皮筋两次的长度之差越小

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