问题 问答题

如图所示,在y轴竖直向上的直角坐标系中,电场、磁场的分布情况如下:

①在o<y<α口的区域内,存在沿x轴负向的匀强电场和垂直xoy平面向里的匀强磁场;

②在y<o区域内,存在沿y轴正向的匀强电场;

③在y<y1区域内,同时存在垂直xoy平面向外的匀强磁场;

各区域的电场、磁场强弱相同.一质量为m、电量为q带正电的小球,从xoy平面内的P点以初速v0向右抛出.小球进入0<y<α的复合场区沿直线运动,恰好过坐标原点,方向如图.如果小球能够第二次到达O点,m、α、v0、q、g为已知量,求:

(1)p点坐标;

(2)磁感应强度B;

(3)小球两次通过O点经历的时间.

答案

(1)带电小球进入0<y<α区域时,速度方向如图甲,

由此可知,vy=v0

小球由P点抛出做平抛运动.

  vy=gt

由①②可得t=

v0
g

所以,水平位移s=v0t=

v20
g

垂直位移h=

v2y
2g
=
v20
2g

由小球沿直线运动可知,小球进入此区域时的坐标为(-α,α).

故P点坐标为[-(

v20
g
+a),(
v20
2g
+a)]⑤

(2)小球在0<y<α区域沿直线运动,一定是匀速直线运动,受力如图乙所示

  qE=mg    ⑥

由qvB=

2
mg和v=
2
v0

解得B=

mg
qv0

(3)小球在y<0区域内运动如图丙所示,先作匀速直线运动,后作匀速圆周运动,再做直线运动至O点,设其运动时间分别为t1、t2、t3,⑨

由Loc=Lob=R,qvB=

mv2
R
,和Lob=vt1 ⑩

得t1=

v0
g
(11)

T=

2πm
qB
=
v0
g
 (12)

t2=

3
4
t=
v0
2g
 (13)

分析知t3=t1=

v0
g
,两次经过O点历时间为

t=2t1+t2=(2+

2
v0
g
(14)

答:

(1)P点坐标为[-(

v20
g
+a),(
v20
2g
+a)].

(2)磁感应强度B是

mg
qv0

(3)小球两次通过O点经历的时间为(2+

2
v0
g

单项选择题
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