Question

11．如圖所示，兩塊水平放置、相距為d的長金屬板接在電壓可調(diào)的電源上．兩板之間的右側(cè)區(qū)域存在方向垂直紙面向里的勻強磁場．將噴墨打印機的噴口靠近上板下表面，從噴口連續(xù)不斷噴出質(zhì)量均為m、水平速度均為v₀帶相等電荷量的墨滴．調(diào)節(jié)電源電壓至U，墨滴在ab左側(cè)電場區(qū)域恰能沿水平向右做勻速直線運動；進(jìn)入電場、磁場共存區(qū)域后，最終垂直打在下板的M點．
（1）判斷墨滴所帶電荷的種類，并求其電荷量；
（2）求磁感應(yīng)強度B的值；
（3）現(xiàn)保持噴口方向不變，使其豎直下移到兩板中間的位置．為了使墨滴仍能到達(dá)下板M點，應(yīng)將磁感應(yīng)強度調(diào)至B′，則B′的大小為多少？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電場力和重力平衡求出電荷量的大小，通過電場力的方向確定電荷的正負(fù)．
（2）墨滴垂直進(jìn)入電磁場共存區(qū)域，重力仍與電場力平衡，粒子做勻速圓周運動，根據(jù)粒子垂直打在M點，通過幾何關(guān)系得出粒子的軌道半徑，根據(jù)洛倫茲力提供向心力求出磁感應(yīng)強度的大�。�
（3）根據(jù)幾何關(guān)系得出粒子做圓周運動的軌道半徑，結(jié)合帶電粒子在磁場中運動的半徑公式求出磁感應(yīng)強度的大�。�

解答 解：（1）墨滴在電場區(qū)域做勻速直線運動，有：$q\frac{U}nrzjdxb=mg$…①
由①式得，q=$\frac{mgd}{U}$…②
由于電場方向向下，電荷所受的電場力方向向上，可知墨滴帶負(fù)電荷．
（2）墨滴垂直進(jìn)入電磁場共存區(qū)域，重力仍與電場力平衡，合力等于洛倫茲力，墨滴做勻速圓周運動，有：
$q{v}_{0}B=m\frac{{{v}_{0}}^{2}}{R}$…③
考慮墨滴進(jìn)入磁場和撞板的幾何關(guān)系，可知墨滴在該區(qū)域恰好完成四分之一圓周運動，則半徑R=d…④
由②③④式得：B=$\frac{{v}_{0}U}{gjbf1rlt^{2}}$…⑤
（3）根據(jù)題設(shè)，墨滴的運動軌跡如圖，設(shè)圓周運動的半徑為R′，有：
$q{v}_{0}B′=m\frac{{{v}_{0}}^{2}}{R′}$…⑥
由圖示可得，$R{′}^{2}=llhhfh9^{2}+（R′-\fraczvzfnrx{2}）^{2}$…⑦
得，$R′=\frac{5}{4}d$…⑧
聯(lián)立②⑥⑧式可得：$B′=\frac{4{v}_{0}U}{5g315ljbr^{2}}$．
答：（1）墨滴帶負(fù)電，電量為$\frac{mgd}{U}$．
（2）磁感應(yīng)強度B=$\frac{{v}_{0}U}{g95dnn1n^{2}}$．
（3）B′的大小為$B′=\frac{4{v}_{0}U}{5gr1pxd5b^{2}}$．

點評 本題考查粒子在復(fù)合場中的運動，知道粒子在電場和重力場區(qū)域做勻速直線運動，進(jìn)入電場、磁場和重力場區(qū)域，做勻速圓周運動．結(jié)合牛頓第二定律和共點力平衡進(jìn)行求解．