Question

【題目】如圖所示，兩塊水平放置、相距為d的長(zhǎng)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(qiáng)磁場(chǎng).將噴墨打印機(jī)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，墨滴在電場(chǎng)區(qū)域恰能沿水平向右做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；進(jìn)入電場(chǎng)、磁場(chǎng)共存區(qū)域后，最后垂直打在下板的M點(diǎn).

(1)判斷墨滴所帶電荷的種類(lèi)，并求其電荷量；

(2)求磁感應(yīng)強(qiáng)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(diǎn)，應(yīng)將磁感應(yīng)強(qiáng)度調(diào)至B′，則B′的大小為多少？

Answer 1

【答案】⑴；⑵；⑶B′＝。

【解析】試題分析：（1）根據(jù)電場(chǎng)力和重力平衡求出電荷量的大小，通過(guò)電場(chǎng)力的方向確定電荷的正負(fù)．

（2）墨滴垂直進(jìn)入電磁場(chǎng)共存區(qū)域，重力仍與電場(chǎng)力平衡，粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)粒子垂直打在M點(diǎn)，通過(guò)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(qiáng)度的大�。�

（3）根據(jù)幾何關(guān)系得出粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑，結(jié)合帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑公式求出磁感應(yīng)強(qiáng)度的大�。�

解：（1）墨滴在電場(chǎng)區(qū)域做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，有：①

由①式得，q=． ②

由于電場(chǎng)方向向下，電荷所受的電場(chǎng)力方向向上，可知墨滴帶負(fù)電荷． ③

（2）墨滴垂直進(jìn)入電磁場(chǎng)共存區(qū)域，重力仍與電場(chǎng)力平衡，合力等于洛倫茲力，墨滴做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，有：

④

考慮墨滴進(jìn)入磁場(chǎng)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(yùn)動(dòng)，則半徑R=d ⑤

由②④⑤式得，B=．⑥

（3）根據(jù)題設(shè)，墨滴的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖，設(shè)圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R′，有：

⑦

由圖示可得，⑧

得，⑨

聯(lián)立②⑦⑨式可得，．

答：（1）墨滴帶負(fù)電，電量為．

（2）磁感應(yīng)強(qiáng)度B=．

（3）B’的大小為．