如图所示自上而下分为Ⅰ、Ⅱ二个区域,在Ⅰ、Ⅱ中分布有垂直纸面向里的匀强磁场,区域Ⅰ宽度为d,区域Ⅱ中还分布有沿纸面竖直向上的匀强电场.现有一质量为m,电量为q的尘粒,从区域

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 匀速圆周运动/2022-09-29 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图所示自上而下分为Ⅰ、Ⅱ二个区域,在Ⅰ、Ⅱ中分布有垂直纸面向里的匀强磁场,区域Ⅰ宽度为d,区域Ⅱ中还分布有沿纸面竖直向上的匀强电场.现有一质量为m,电量为q的尘粒,从区域Ⅰ上边缘的S处由静止开始运动,然后以与界面成α角的方向从S1处进入Ⅱ区域,尘粒在Ⅱ区域中刚好做匀速圆周运动,最后通过S2回到Ⅰ区域,已知S1到S2的距离为L,重力加速度为g.求:
(1)该尘粒在进入Ⅱ区域时的速率
(2)匀强电场的电场强度和匀强磁场的磁感应强度的大小
(3)欲使微粒能进入Ⅱ区域,区域Ⅰ宽度d应满足的条件.
魔方格

◎ 答案


魔方格
(1)尘粒在磁场Ⅰ中运动时,根据动能定理,得
         mgd=
1
2
mv2
,得到v=

2gd

    (2)尘粒在Ⅱ区域中做匀速圆周运动,则有mg=qE
       得到E=
mg
q
,方向竖直向上,说明尘粒带正电.
    根据几何知识求出尘粒匀速圆周运动的半径R=
L
2sinα

    由牛顿第二定律,得qvB=m
v2
R
,代入解得
        B=
2m

2gd
sinα
qL

    (3)尘粒在磁场Ⅰ中运动时,受到重力和洛伦兹力,将尘粒的运动分解为水平和竖直两个方向,将洛伦兹力也分解为水平和竖直两个方向.
如图.
    对水平方向用牛顿第二定律,得
      Fx=max
    qvyB=max=m
vx
△t

   则有qvyB△t=m△vx
∑qvyB△t=∑m△vx
  得到qBy=mv
 由题微粒恰好能进入Ⅱ区域时,则速度v与Ⅰ、Ⅱ界面平行
   由动能定理,得mgy=
1
2
mv2

   代入解得y=
2m2g
B2q

故欲使微粒能进入Ⅱ区域,区域Ⅰ宽度d应满足的条件d<
2m2g
B2q

答:(1)该尘粒在进入Ⅱ区域时的速率为

2gd

    (2)匀强电场的电场强度和匀强磁场的磁感应强度的大小为
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