问题 计算题

在水平地面上方的足够大的真空室内存在着匀强电场和匀强磁场共存的区域,且电场与磁场的方向始终平行,在距离水平地面的某一高度处,有一个带电量为q、质量为m的带负电的质点,以垂直于电场方向的水平初速度v0进入该真空室内,取重力加速度为g。求:

(1)若要使带电质点进入真空室后做半径为R的匀速圆周运动,求磁感应强度B0的大小及所有可能的方向;

(2)当磁感应强度的大小变为B时,为保证带电质点进入真空室后做匀速直线运动,求此时电场强度E的大小和方向应满足的条件;

(3)若带电质点在满足第(2)问条件下运动到空中某一位置M点时立即撤去磁场,此后运动到空中另一位置N点时的速度大小为v,求M、N两点间的竖直高度H及经过N点时重力做功的功率。

答案

解:(1)由于带电质点在匀强电场E0和匀强磁场B0共存的区域做匀速圆周运动,所以受到的电场力必定与重力平衡,即qE0=mg

根据牛顿第二定律和向心力公式

解得,磁感应强度B0为竖直向上或竖直向下

(2)①当带电粒子垂直纸面向外运动时,(正对纸面看)如图甲,此时磁场B和电场E方向相同,如图甲所示

由于带电质点做匀速直线运动,由平衡条件和几何关系可知

解得

图中的θ角为

即电场E的方向为沿与重力方向夹角且斜向下的一切方向,或,且斜向下方的一切方向(竖直方向为轴旋转一周,B和E存在的所有方向可围成圆锥面)

②当粒子速度方向垂直纸面向里(正对纸面看)如图乙,只需要磁场反向(电场磁场方向相反)即可。大小和方向结果不变(竖直方向为轴旋转一周,B和E存在的所有方向可围成圆锥面)

(3)当撤去磁场后,带电质点只受电场力和重力作用,这两个力的合力大小为qv0B,方向既垂直初速度v0的方向也垂直电场E的方向

设空中M、N两点间的竖直高度为H,因电场力在这个过程中不做功,则由机械能守恒定律得

mv2=mgH+mv02,解得

因带电质点做类平抛运动,由速度的分解可求得带电质点到达N点时沿合力方向的分速度大小为vN=

又因电场力在这个过程中不做功,带电质点到达N点时,重力做功的功率等于合外力在此时的瞬时功率,解得PN=qv0BvN=

单项选择题

一般资料:张某,女性,19岁,大学一年级学生。

案例介绍:张某上大学近一年来,学习认真,成绩良好,很乐于助人,人际关系良好,是班里的团支部副书记。张某平常非常爱干净,内、外衣服每日要换洗,枕巾、床单、被单等也要每日一换。为此耽误了许多时间,也把自己搞得很累。同学的衣服或鞋子脏了,也要不厌其烦地反复提醒其换洗。自己也觉得其实没有必要,但不这样做心里很不舒服,害怕有什么脏东西,害怕自己会得病,和同学讲过其实自己也很痛苦。本学期开始后不知因为什么原因,张某好像情绪非常低落,自己经常悄悄地流泪,整日不说话。偶尔与同学讲几句话,同学反映她好像脑子不听使唤了,回答一个问题要想半天,还听不懂她在说什么。慢慢地不讲究了,有时甚至不洗漱,有时白天睡觉,有时晚上失眠,因此无法上课。近一个多月来总和同学说自己的某个器官丢了,别人都看见自己没有这个器官了,但自己看不见。

心理咨询师观察了解到的情况:张某目前休学在家,由父母带来就诊。张某的父母都是医生,从小对她的要求严格,非常在意她的卫生情况,她按家长的要求,每日换洗衣服。若脏了必定重新清洗,觉得一尘不染了才罢手。张某从小对医学感兴趣,大致了解生理、解剖学等知识。关于器官丢失问题,家长多次解释,但张某坚信不疑。经了解张某没有受到过什么重大打击。

张某“回答一个问题要想半天”,这可能是()。

A.思维松散

B.思维迟缓

C.思维中断

D.思维贫乏

多项选择题