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（18分）如图甲所示，竖直面MN的左侧空间存在竖直向上的匀强电场（上、下及左侧无边界）。一个质量为m、电量为q的可视为质点的带正电的小球，以大小为v0的速度垂直于竖直面MN向右
网友投稿  2023-04-12 00:00:00  零零社区

◎ 题目

（18分）如图甲所示，竖直面MN的左侧空间存在竖直向上的匀强电场（上、下及左侧无边界）。一个质量为m、电量为q的可视为质点的带正电的小球，以大小为v0的速度垂直于竖直面MN向右作直线运动。小球在t=0时刻通过电场中的P点，为使小球能在以后的运动中竖直向下通过D点（P、D间距为L，且它们的连线垂直于竖直平面MN，D到竖直面MN的距离DQ等于L/π），经过研究，可以在电场所在的空间叠加如图乙所示随时间周期性变化的、垂直纸面向里的磁场，设且为未知量。求：
（1）场强E的大小；
（2）如果磁感应强度B0为已知量，试推出满足条件t1的表达式；
（3）进一步的研究表明，竖直向下的通过D点的小球将做周期性运动。则当小球运动的周期最大时，求出磁感应强度B0及运动的最大周期T的大小，并在图中定性画出此时小球运动一个周期的轨迹。
     

◎ 答案

（1）E=mg/q  （2）
（3）   小球在电场中运动一个周期的轨迹图如图所示

◎ 解析


试题分析：（1）小球进入电场，做匀速直线运动时　Eq=mg　　　① （2分）
E=mg/q      ② （2分）
（2）在t1时刻加磁场，小球在时间t０内做匀速圆周运动，设圆周运动周期为T0，半径为R 。
有： ③（2分）   竖直向下通过D点应有：PF-PD=R 
即： ④（2分）     将④代入⑤式解得 ⑤（2分）
（3）小球运动的速率始终不变，当R变大时，也增加，小球在电场中的运动周期T也增加。在小球不飞出电场的情况下，当T最大时有：DQ="2R" 即 ⑥（2分）解得 ⑦（2分）
结合乙图及轨迹图可知，小球在电场中运动的最大周期：
 ⑧（2分）
小球在电场中运动一个周期的轨迹图如图所示（2分）

◎ 知识点

    专家分析，试题“（18分）如图甲所示，竖直面MN的左侧空间存在竖直向上的匀强电场（上、下及左侧无边界）。一个质量为m、电量为q的可视为质点的带正电的小球，以大小为v0的速度垂直于竖直面MN向右…”主要考查了你对  【带电粒子在复合场中的运动】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”，你可以点击相应的链接进行查看和学习。



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