如图甲所示,在边界MN左侧存在斜方向的匀强电场E1;在MN的右侧有竖直向上、场强大小为E2=0.4N/C的匀强电场,还有垂直纸面向内的匀强磁场B(图甲中未画出)和水平向右的匀强电

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 向心力/2022-09-29 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图甲所示,在边界MN左侧存在斜方向的匀强电场E1;在MN的右侧有竖直向上、场强大小为E2=0.4N/C的匀强电场,还有垂直纸面向内的匀强磁场B(图甲中未画出)和水平向右的匀强电场E3(图甲中未画出),B和E3随时间变化的情况如图乙所示,P1P2为距MN边界2.28m的竖直墙壁,现有一带正电微粒质量为4×10-7kg,电量为1×10-5C,从左侧电场中距MN边界
1
2
m的A处无初速释放后沿直线运动,最后以1m/s的速度垂直MN边界进入右侧场区,设此时刻t=0,取g=10m/s2.求:
(1)MN左侧匀强电场的电场强度E1(sin37°=0.6);
(2)带电微粒在MN右侧场区中运动了1.5s时的速度;
(3)带电微粒在MN右侧场区中运动多长时间与墙壁碰撞?(
vB2
R
≈0.19)

魔方格

◎ 答案

(1)设MN左侧匀强电场场强为E1,方向与水平方向夹角为θ.
带电小球受力如右图.

魔方格

沿水平方向有   qE1cosθ=ma
沿竖直方向有   qE1sinθ=mg
对水平方向的匀加速运动有       v2=2as
代入数据可解得  E1=0.5N/C,θ=53°
即E1大小为0.5N/C,方向与水平向右方向夹53°角斜向上.
(2)带电微粒在MN右侧场区始终满足 qE2=mg
在01s时间内,带电微粒在E3电场中  a=
qE3
m
=
10-5×0.004
10-7
=0.1
m/s2
带电微粒在1s时的速度大小为  v1=v+at=1+0.1×1=1.1m/s
在11.5s时间内,带电微粒在磁场B中运动,
周期为 T=
2πm
qB
=
2π×4×10-7
10-5×0.08π
=1
s
在11.5s时间内,带电微粒在磁场B中正好作半个圆周运动.所以带电微粒在MN右侧场区中运动了1.5s时的速度大小为1.1m/s,方向水平向左.
(3)在0s1s时间内带电微粒前进距离 s1=vt+
1
2
at2=1×1+
1
2
×0.1×12=1.05m
带电微粒在磁场B中作圆周运动的半径 r=
mv
qB
=
10-7×1.1
10-5×0.08π
=
1.1
m
因为r+s1<2.28m,所以在1s2s时间内带电微粒未碰及墙壁.
在2s3s时间内带电微粒作匀加速运动,加速度仍为 a=0.1m/s2
在3s内带电微粒共前进距离
s3=vt3+
1
2
at32=1×2+
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