(2012•高密市模拟)如图所示,位于竖直平面内的坐标系xOy,在其第三象限空间有沿水平方向的、垂直于纸面向外的匀强磁场

(2012•高密市模拟)如图所示,位于竖直平面内的坐标系xOy,在其第三象限空间有沿水平方向的、垂直于纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B=0.5T,还有沿x轴负方向的匀强电场,场强大小为E=2N/C.在其第一象限空间有沿y轴负方向的、场强大小也为E的匀强电场,并在y>h=0.4m的区域有磁感应强度也为B的垂直于纸面向里的匀强磁场.一个带电荷量为q的油滴从图中第三象限的P点得到一初速度,恰好能沿PO作匀速直线运动(PO与x轴负方向的夹角为θ=45°),并从原点O进入第一象限.已知重力加速度g=10m/s2,问:
(1)油滴在第一象限运动时受到的重力、电场力、洛伦兹力三力的大小之比,并指出油滴带何种电荷;
(2)油滴在P点得到的初速度大小;
(3)油滴在第一象限运动的时间以及油滴离开第一象限处的坐标.
晋崎心缘 1年前 已收到1个回答 举报

清晨雾语 幼苗

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解题思路:(1)结合平衡条件判断油滴所受电场力的方向和洛伦兹的方向,进而判断油滴的电性,对油滴受力分析后采用合成法作图,有几何关系得出三力之比;
(2)根据油滴在垂直直线方向上应用平衡条件列方程求得速度大小;
(3)进入第一象限,由于重力等于电场力,在电场中做匀速直线运动,在混合场中做匀速圆周运动,作出运动轨迹,结合磁场中圆周运动的周期公式即运动的对称性确定运动总时间.

(1)分析油滴受力可以判知要使油滴做匀速直线运动,油滴应带负电.受力如图:

由平衡条件和几何关系得:mg:qE:f=1:1:
2
(2)油滴在垂直直线方向上应用平衡条件得:qvB=2Eqcos45°,
所以v=4
2m/s;
(3)进入第一象限,由于重力等于电场力,在电场中做匀速直线运动,在混合场中做匀速圆周运动,路径如上图,由O到A匀速运动的位移为:
s1=[h/sin45°]=
2h
运动时间为:t1=
s1
v
联立解得:t1=0.1s
进入混合场后圆周运动的周期为:T=[2πm/qB]
由A运动到C的时间为:t2=[1/4]T
由运动的对称性可知从C到N的时间为t3=t1=0.1s
在第一象限内运动 的总时间为t=t1+t2+t3=0.82s
油滴在磁场中做匀速圆周运动:qvB=m
v2
r
图中ON的长度及离开第一象限的X坐标:x=2(s1cos45°+rcos45°)
联立得:x=4.0m
所以油滴离开第一象限时的坐标为(4.0m,0);
答:(1)油滴在第一象限运动时受到的重力、电场力、洛伦兹力三力的大小之比为1:1:
2,油滴带负电荷;
(2)油滴在P点得到的初速度大小为4
2m/s;
(3)油滴在第一象限运动的时间为0.82s,以及油滴离开第一象限处的坐标为(4.0m,0).

点评:
本题考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动;带电粒子在匀强电场中的运动;带电粒子在混合场中的运动.

考点点评: 本题关键是先确定物体的运动情况,并画出运动轨迹,然后逐段逐段分析,匀速运动阶段受力平衡,匀速圆周运动阶段洛伦兹力提供向心力.

1年前

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