问题 问答题

如图所示,在正交坐标系Oxyz的空间中,同时存在匀强电场和匀强磁场(x轴正方向水平向右,y轴正方向竖直向上).匀强磁场的方向与Oxy平面平行,且与x轴的夹角为60°.一质量为m、电荷量为+q的带电质点从y轴上的点P(0,h,0)沿平行于z轴正方向以速度v0射入场区,重力加速度为g.

(1)若质点恰好做匀速圆周运动,求电场强度的大小及方向;

(2)若质点恰沿v0方向做匀速直线运动,求电场强度的最小值Emin及方向;

(3)若电场为第(2)问所求的情况,撤去磁场,当带电质点P点射入时,求带电粒子运动到Oxz平面时的位置.

答案

(1)由于质点做匀速圆周运动,所以质点受到的电场力、重力二力平衡,即:qE-mg=0  

得:E=

mg
q
   向竖直向上   

(2)如图甲所示,带电质点受重力mg、洛伦兹力f=qv0B、电场力F=qE的作用做匀速直线运动,

根据几何关系可知:当电场力方向与洛伦兹力方向垂直时,场强有最小值Emin

所以电场强度Emin的方向与xOz的夹角为60°,即与磁感应强度B的方向相同. 

根据牛顿运动定律:qEmin-mgsin60°=0   ①

f-mgcos60°=0     ②

由①②解得:Emin=

3
mg
2q

(3)如乙所示,撤去磁场后,带电质点受到重力mg和电场力qEmin作用,

其合力与存在磁场时的洛伦兹力大小相等方向相反,即沿图中PM方向,合力与v0方向垂直.由②得   f=mgcos60°=

1
2
mg

设经过时间t到达Oxz平面内的点N(x,y,z),由运动的合成和分解可得:

沿v0方向:z=v0t③

沿PM方向:PM=

1
2
at2

沿PM方向:PM=

h
sin30°
=2h⑤

联立③~⑤解得:

x=
3
h
z=2v0
2h
g

所以.带电质点在N(

3
h,0,2v0
2h
g
)的位置.

答:(1)若质点恰好做匀速圆周运动,求电场强度的大小

mg
q
及方向竖直向上;

(2)若质点恰沿v0方向做匀速直线运动,则电场强度的最小值为

3
mg
2q
及方向与xOz的夹角为60°,即与磁感应强度B的方向相同;

(3)若电场为第(2)问所求的情况,撤去磁场,当带电质点P点射入时,则带电粒子运动到Oxz平面时在N(

3
h,0,2v0
2h
g
)的位置.

单项选择题
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