(2006•东城区三模)如图所示,空间存在着方向相同的匀强电场和匀强磁场,场强方向跟竖直方向成α角,sinα=0.6.一

(2006•东城区三模)如图所示,空间存在着方向相同的匀强电场和匀强磁场,场强方向跟竖直方向成α角,sinα=0.6.一个质量为m=0.5kg的带电小球垂直于纸面向里运动时,它恰好沿直线运动,取g=10m/s2
(1)试判断小球带何种电荷?说明理由.
(2)小球在电场中受到的电场力的大小何方向.
(3)若将小球用长为L=1.2m的绝缘轻细线悬吊在图中O点,如图所示,由静止释放小球后,小球摆动到悬线斜向下与水平方向成α角的位置时,悬线对O点的拉力的大小是多少?
seawolf21 1年前 已收到1个回答 举报

绿松石0804 幼苗

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(1)小球带正电荷.
如图所示,小球带正电荷时,所受的电场力沿电场方向,洛伦兹力与电场方向垂直向右上方,它们可以跟重力平衡,合力为零,小球可以作直线运动.
若小球带负电,小球受电场力斜向右下方,洛伦兹力斜向左下方,它们不可能与重力平衡,即合力不可能为零,小球不可能作直线运动.
综上所述,小球必带正电.
(2)小球受力如图所示,根据平衡条件得

F电
cosα=mg
所以F=mgcosα=0.5×10×0.8N=4N
由于是正电荷,受到的电场力方向与电场方向相同.
(3)根据题意作出小球摆动到悬线斜向下与水平方向成α角的位置,如图所示.
此时速度方向正好沿磁场的方向,故此时不受洛伦兹力,电场力是切线方向,
故提供向心力的力是悬线的拉力T和重力的分力mgsinα的合力,此合力沿着悬线指向O点.
根据合力提供向心力T−mgsinα=m
v2
L
小球从竖直位置释放到该位置过程中,只有重力和电场力做功,运用动能定理:
F电x−mgh=
1
2mv2
其中沿着电场方向的位移x=Lcosα=0.8L
竖直上升的高度h=L(1-sinα)=0.4L
所以4×0.8L−0.5×10×0.4L=
1
2mv2
解得m
v2
L=2.4N
所以T=mgsinα+m
v2
L=0.5×10×0.6+2.4N=5.4N.
答:(1)小球带正电荷.理由如上所述.
(2)小球在电场中受到的电场力的大小为4N,方向与电场方向相同.
(3)若将小球用长为L=1.2m的绝缘轻细线悬吊在图中O点,如图所示,由静止释放小球后,小球摆动到悬线斜向下与水平方向成α角的位置时,悬线对O点的拉力的大小是5.4N.

1年前

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