Question

如圖所示。XOY直角坐標系在豎直平面內(nèi)，Y軸正方向豎直向上，X軸正方向水平向右。在X軸的下方區(qū)域內(nèi)存在磁感應強度為B、方向水平向外的勻強磁場和豎直方向的、場強未知的勻強電場�，F(xiàn)有一質(zhì)量為m、帶電量為＋q的帶電小球從Y軸上的P點以某一初速度沿X軸正方向水平拋出，經(jīng)X軸上離坐標原點O的距離為d的Q點進入X軸下方的磁場和電場區(qū)域，此時速度方向與X軸正方向成60⁰角，此后該帶電小球做勻速圓周運動，經(jīng)坐標原點進入X軸上方的區(qū)域（提示：斜拋運動的水平分運動是勻速運動，豎直分運動是豎直上拋運動），做一種周期性的運動。試求：

（1）勻強電場的場強大小和方向。

（2）OP間的距離和帶電小球的初速度。

（3）帶電小球的運動周期以及在足夠長的時間內(nèi)帶電小球在X軸方向的平均速度。

Answer 1

（1）mg／q    方向向上（2）Bqd／２ｍ（3）3 Bq d／（4π＋6）

解析:

（1）小球做勻速圓周運動時合力大小一定，方向垂直與速度方向指向圓心，所以重力和電場力平衡，洛侖茲力做向心力，故有

mg＝Eq，解得E＝mg／q    方向向上（2分）

（2）由平拋運動知識得

d＝V_Ot （1分）    OP＝V_Yt／2 （1分）    又有V_Y／V_O＝tan60⁰（1分）

聯(lián)立解得OP＝3d／2（1分）

        由圓運動知識得到

      BqV＝mV²／R （1分）

      由題意得

V₀／V＝Cos60⁰（1分）

d＝2RSin60⁰ （1分）  解得V₀＝Bqd／２ｍ（1分）

（3）由題意可知帶電小球的運動周期應等于從P運動到Q所用時間的兩倍與從Q到O的圓運動經(jīng)歷的時間之和

t₁＝d／V₀ （1分）    t₂＝2T₀／3 （1分）    T₀＝2πm／Bq（1分）

解得T＝2t₁＋t₂＝m（4π／3＋2）／Bq（1分）

因每個周期發(fā)生的位移為d，所以在足夠長的時間內(nèi)沿X軸方向的平均速度為

V＝d／T＝3 Bq d／（4π＋6）（3分）