题目内容
(16分)如图所示,Oxyz坐标系的y轴竖直向上,坐标系所在的空间存在匀强电场和匀强磁场,电场方向与x轴平行,从y轴上的M(0、H、0)点无初速释放一个质量为m、电荷量为q的带负电的小球,它落在xOz平面上的N(l、0、b)点(l>0,b>0)。若撤去磁场则小球落在xOz平面的P(l、0、0)点。已知重力加速度为g。
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(1)已知磁场方向与某个坐标轴平行,请确定其可能的具体方向;
(2)求出电场强度的大小;
(3)求出小球落至N点时的速率。
解析:
(1)用左手定则判断出:磁场方向为-x方向或-y方向。 (4分)
(2)在未加匀强磁场时,带电小球在电场力和重力作用下落到P点,设运动时间为t,
小球自由下落,有H=gt2/2(1分)
小球沿x轴方向只受电场力作用,Fe=qE(1分)
小球沿x轴的位移为l=at2/2(1分)
小球沿x轴方向的加速度为a=Fe/m(1分)
联立求解,得E=mgl/qH. (2分)
(3)带电小球在匀强磁场和匀强电场共存的区域运动时,洛伦兹力不做功.电场力做功为:We=qEl,(1分)
重力做功为WG=mgH(1分)
设落到N点时速度大小为v,根据动能定理得,
(2分)
解得
(2分)
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