x??2h处的P2点进入第Ⅲ象限,恰好做匀速圆周运动,又经过y轴上方y??2h的P3点
进入第Ⅳ象限,试求:
(1)质点a到达P2点时速度的大小和方向; (2)第Ⅲ象限中匀强电场的电场强度和匀强磁场的磁感应强度的大小;
(3)质点a进入第Ⅳ象限且速度减为零时的位置坐标
解析、(1)质点在第Ⅱ象限中做平抛运动,设初速度为v0,由
h?12gt ① 2h?v0t ② 2解得平抛的初速度v0?2gh 在P2点,速度v的竖直分量vy?gt?2gh
?v?2gh,其方向与x轴负向夹角??45(2)带电粒子进入第Ⅲ象限做匀速圆周运动,必有
mg?qE ③
R?22h?2h ④ 2 又恰能过负
y轴2h处,故P2P3为圆的直径,转动半径
v2又由qvB?mR ⑤ 可解得E?mgq
B?m2gqh
(3)带电粒以大小为v,方向与x轴正向夹45角进入第Ⅳ象限,所受电场力与重力的合力为
2mg,方向与过P3点的速度方向相反,故带电粒做匀减速直线运动,设其加速度大小为a,则:
a?2mg?2g ⑥ mv24ghO?v??2as,得s???2h 此得出速度减为0时的位置坐标是?h,?h?
2a22g2213.(2005徐州二模)如图13′-4所示,在x?0的空间中,存在沿x轴方向的匀强电场,电场强度E?10N/C;在x?0的空间中,存在垂直xy平面方向的匀强磁场,磁感应强度一带负电的粒子(比荷q/m?160C/kg),在x?0B?0.5T。0.6m处的d点以v0?8m/s的初速度沿y轴正方向开始运动,不计带电粒子的重力。求
(1)带电粒子开始运动后第一次通过y轴时距O点的距离; (2)带电粒子进入磁场后经多长时间返回电场; (3)带电粒子运动的周期。
答案:(1)
3?3??)s m (2)s (3) (10012025120解:(1)粒子在第一象限做类平抛运动(如图13″-4所示),加速度a?qE?1600m/s2,m运动时间t1?2x33?s,沿y方向的位移y?v0t?m。 a20025
图13″-4
(2)粒子通过y轴进入磁场时在x方向上的速度vx?at,因此1?83m/stan??vx?v03,??60?。粒子在第二象限以O'为圆心做匀速圆周运动,圆弧所对的圆
心角为2??120?,运动时间t2?112?m?T??s。 33qB120(3)粒子从磁场返回电场后的运动是此前由电场进入磁场运动的逆运动,经时间
t3?t1,粒子的速度变为v0,此后重复前面的运动。可见,粒子在电、磁场中的运动具有周
期性,其周期T?t1?t2?t3?(
14、如图13′-6甲所示,空间存在着彼此垂直并作周期性变化的匀强电场和匀强磁场,电场和磁场随时间变化分别如图乙、丙所示(电场方向竖直向上为正,磁场方向垂直纸面向里为正)。某时刻有一微粒从A点以初速v开始向右运动,图甲中虚线是微粒的运动轨迹(直线和半圆相切于A、B、C、D四点,图中v、E0和B0都未知)。
(1)此微粒带正电还是带负电?可能是什么时刻从A点开始运动的? (2)求微粒的运动速度和BC之间的距离。
3??)s。 100120
图13′-6
答案:(1)带正电,t?[0.1?(4n?3)]s,n?1,2,3??? (2)2m/s,0.4m
解:(1)微粒应带正电,并在t?0.1?(s)的时刻开始运动,这样,在A?B的运动阶段,只要满足qvB0?qE0?mg,微粒即可做匀速直线运动,历时0.1?(s)至B。到B点,电场反向。在B?C的运动阶段,要使微粒做圆周运动,必须qE0?mg,洛伦兹力qvB0提供向心力,周期T?0.2?(s)。到C点,电场、磁场同时反向。在C?D的运动阶段,
qvB0?qE0?mg仍成立,微粒做匀速直线运动,历时0.1?(s)至D。到D点,电场、磁场
同时反向。在D?A的运动阶段,因qE0?mg,洛伦兹力qvB0提供向心力,运动0.1?(s)
至A。到A,电场反向。此后,微粒周期性重复上述运动。因此,如果微粒在t?0.5?(s)的时刻开始运动,也能实现题设运动,考虑到所有情况,微粒从A点开始运动的时刻应为答案中所给出的通式。
(2)
qvB0?qE0?mg,qE0?mg?mv?qB02gr?T?2?m?0.2?(s)?v?2m/s qB0mv ?BC?2r?0.4mqB0
15.(05年北京)如图所示,坐标系xoy在竖直平面内,空间有沿水平方向垂直于纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B,在x>0的空间里有沿x轴正方向的匀强电场,场强的大小为E,一个带正电的小球经过图中x轴上的A点,沿着与水平方向成θ=300角的斜向下直线做匀速运动,经过y轴上的B点进入x<0的区域,要使小球进入x<0区域后能在竖
直面内做匀速圆周运动,需在x<0区域内另加一匀强电场。若带电小球做圆周运动通过x轴上的C点,且OA=OC,设重力加速度为g,求: (1)小球运动速率的大小。
(2)在x<0的区域所加电场大小和方向。 (3)小球从B点运动C点所用时间及OA的长度。
答案:(1)油滴从A运动到B的过程中,油滴受重力、电场力和洛仑兹力作用而处于平衡状态,由题设条件知:
所以油滴的运动速率为:
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