问题 问答题

如图所示,坐标系xOy在竖直平面内,长为L的水平轨道AB光滑且绝缘,B点坐标为(0,

3
2
L).有一质量为m、电荷量为+q的带电小球(可看成质点)被固定在A点.已知在第一象限内分布着互相垂直的匀强电场和匀强磁场,电场方向竖直向上,场强大小E2=
mg
q
,磁场为水平方向(在图中垂直纸面向外),磁感应强度大小为B;在第二象限内分布着沿x轴正向的水平匀强电场,场强大小E1=
B2qL
6m
.现将带电小球由A点从静止释放,设小球所带的电量不变.试求:

(1)小球运动到B点的速度大小;

(2)小球第一次落地点与O点之间的距离;

(3)小球从开始运动到第一次落地所经历的时间.

答案

(1)小球从A到B的过程中,由动能定理得

1
2
m
v2B
=qE1L

所以小球运动到B的速度vB=

2qE1L
m
=
2qL
m
B2qL
6m
=
3
qBL
3m

(2)小球在第一象限受到的电场力:qE2=mg,所以小球做匀速圆周运动,设半径为R,

m

vB2
R
=BqvB

R=

mvB
qB
=
m
qB
3
BqL
3m
=
3
3
L

设图中C点为小球做圆周运动的圆心,它第一次的落地点为D点,则

.
CD
=R,

.
OC
=
.
OB
-R=
3
2
L-
3
3
L=
3
6
L

所以,落地点到O点的距离为

.
OD
=
R2-
.
OC
2
=
(
3
3
L)
2
-(
3
6
L)
2
=
L
2

(3)小球从A到B所需时间tAB=

vB
a
=
3
BqL
3m
q2B2L
6m
=
2
3
m
qB

小球做匀速圆周运动的周期为T=

2πm
qB

由几何关系知∠BCD=120°,

小球从C到D所用的时间为tBD=

T
3
=
2πm
3qB

所以小球从开始运动到第一次落地所经历的时间为tAD=tAB+tBD=

2
3
m
qB
+
2πm
3qB
=(2
3
+
3
)
m
qB

答:(1)小球运动到B点的速度大小vB=

3
qBL
3m

(2)小球第一次落地点与O点之间的距离

L
2

(3)小球从开始运动到第一次落地所经历的时间tAD=(2

3
+
3
)
m
qB

单项选择题
多项选择题