如图所示,在竖直平面内放置一长为L、内壁光滑的薄壁玻璃管,在玻璃管的a端放置一个直径比玻璃管直径略小的小球,小球带电荷量为-q、质量为m.玻璃管右边的空间存在着匀强电场

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

如图所示,在竖直平面内放置一长为L、内壁光滑的薄壁玻璃管,在玻璃管的a端放置一个直径比玻璃管直径略小的小球,小球带电荷量为-q、质量为m.玻璃管右边的空间存在着匀强电场与匀强磁场.匀强磁场方向垂直于纸面向外,磁感应强度为B;匀强电场方向竖直向下,电场强度大小为mg/q,场的左边界与玻璃管平行,右边界足够远.玻璃管带着小球以水平速度V0垂直于左边界进入场中向右运动,由于水平外力F的作用,玻璃管进入场中速度保持不变,一段时间后小球从玻璃管b端滑出并能在竖直平面内自由运动,最后从左边界飞离电磁场.运动过程中小球的电荷量保持不变,不计一切阻力,求:
(1)小球从玻璃管b端滑出时的速度大小;
(2)从玻璃管进入磁场至小球从b端滑出的过程中,外力F所做的功;
(3)从玻璃管进入磁场至小球离开场的过程中小球的最大位移.
魔方格

◎ 答案

(1)由E=
mg
q
得,qE=mg,即小球的重力与电场力平衡.
     小球在管中向上运动的加速度为a=
Fy
m
=
qv0B
m
,不变
设小球运动到b端时沿y方向的分速度为vy,则
      vy2=2aL
故小球从玻璃管b端滑出时的速度大小为
     v=

v20
+v2y
=

v20
+
2qv0BL
m

    (2)由平衡条件可知玻璃管受到的水平外力为
     F=Fy=qvyB,vy=at=
qv0B
m
t
解得F=
q2B2v0
m
t

   又L=
1
2
at2
,得t=

2L
a
=

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