设在地面上方的真空室内存在匀强电场和匀强磁场.已知电场强度和磁感应强度的方向是相同的,电场强度的大小E=4.0伏/米,磁感应强度的大小B=0.15特.今有一个带负电的质点以v

◎ 题目

设在地面上方的真空室内存在匀强电场和匀强磁场.已知电场强度和磁感应强度的方向是相同的,电场强度的大小E=4.0伏/米,磁感应强度的大小B=0.15特.今有一个带负电的质点以v=20米/秒的速度在此区域内沿垂直场强方向做匀速直线运动,求此带电质点的电量与质量之比
q
m
以及磁场的所有可能方向(角度可用反三角函数表示).

◎ 答案

根据带电质点做匀速直线运动的条件,得知此带电质点所受的重力、电场力和洛仑兹力的合力必定为零.由此推知此三个力在同一竖直平面内,如右图所示,质点的速度垂直纸面向外.
解法一:由合力为零的条件,可得:
mg=q

(vB)2+E2
…①
求得带电质点的电量与质量之比
q
m
=
g

(vB)2+E2
…②
代入数据得:
q
m
=
9.80

(20×0.15)2+4.02
C/kg=1.96C/kg…③
因质点带负电,电场方向与电场力方向相反,因而磁场方向也与电场力方向相反.设磁场方向与重力方向之间夹角为θ,则有
qEsinθ=qvBcosθ,
解得:tgθ=
vB
E
=
20×0.15
4
=0.75,θ=arctg0.75…④
即磁场是沿着与重力方向夹角θ=arctg0.75,且斜向下方的一切方向.
解法二:因质点带负电,电场方向与电场力方向相反,因而磁砀方向也与电场力方向相反.设磁场方向与重力方向间夹角为θ,由合力为零的条件,可得:
qEsinθ=qvBcosθ…①
qEcosθ+qvBsinθ=mg…②
解得:
q
m
=
g

(vB)2+E2
…③
代入数据得:
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