在水平面上有一沿y轴放置的长为L=1m的细玻璃管,在管底有光滑绝缘的带正电的小球.在第一象限中存在磁感应强度为B=1T的匀强磁场,方向如图所示。已知管沿x轴以v=1m/s的速度匀

◎ 题目

在水平面上有一沿y轴放置的长为L=1m的细玻璃管,在管底有光滑绝缘的带正电的小球.在第一象限中存在磁感应强度为B=1T的匀强磁场,方向如图所示。已知管沿x轴以v=1m/s的速度匀速向右运动,带电小球的荷质比为,不计小球的重力。求:
(1)带电小球从管底到飞出管口时所用的时间是多少?
(2)带电小球离开磁场时的位置到坐标原点的距离是多少?
(3)带电小球从刚离开管口后到离开磁场时所用的时间是多少?

◎ 答案

(1)t=2s
(2)
(3)

◎ 解析

小球在离开管之前随管向右以v平动,同时沿管壁做初速度为零的匀加速运动。
(1)设小球的质量为m,加速度为a,受到的洛伦兹力为
由牛顿第二定律有    ①
     ②
小球飞出管口所有时间为t,则     ③
联立①②③并代入数据解得:t="2s"     ④
(2)小球飞出管口时沿管壁方向的速度为  ⑤
飞出时的合速度为   ⑥
合速度的方向与x轴夹角为θθ=45°⑦
又设小球以在磁场中作圆周运动的半径为r,由牛顿第二定律有
         ⑧
联立②⑥⑧式并代入数据解得:   ⑨
又小球飞出管口时,在x方向上移动的距离为

如答图所示,由几何知识可知,小球在磁场中运动的圆心在y轴上(图中O点),圆弧所对应的圆心角为135°。

所以,带电小球离开磁场时离坐标原点的距离为

(3)小球在磁场中做匀速圆周运动的周期为

代入数据解得:T=4s。
所以,带电小球从离开管口到离开磁场所用的时间是:

◎ 知识点

    专家分析,试题“在水平面上有一沿y轴放置的长为L=1m的细玻璃管,在管底有光滑绝缘的带正电的小球.在第一象限中存在磁感应强度为B=1T的匀强磁场,方向如图所示。已知管沿x轴以v=1m/s的速度匀…”主要考查了你对  【带电粒子在匀强磁场中的运动】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。

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