如图所示,在水平地面正上方有范围足够大的匀强磁场和匀强电场(图中未画出电场线).已知磁场的磁感应强度为B,方向水平并垂直纸面向里.一质量为m、带电量为-q的带电微粒在此区

◎ 题目

如图所示,在水平地面正上方有范围足够大的匀强磁场和匀强电场(图中未画出电场线).已知磁场的磁感应强度为B,方向水平并垂直纸面向里.一质量为m、带电量为-q的带电微粒在此区域恰好作速度为υ的匀速圆周运动.(重力加速度为g,空气阻力可忽略).
(1)求此区域内电场强度的大小和方向.
(2)若某时刻微粒运动到场中P点,速度与水平方向成45°,如图所示.则为保证该微粒在此区域能做完整的匀速圆周运动,P点的高度H应满足什么条件?
(3)若微粒运动到离地面高度为H的P点时,突然撤去电场,求该微粒到达地面时的速度大小.(用H、g、υ表示).
魔方格

◎ 答案


魔方格
(1)带电微粒在做匀速圆周运动,说明电场力与重力平衡,
因此:mg=Eq
解得:E=
mg
q

方向竖直向下
(2)粒子作匀速圆周运动,轨道半径为R,如图所示FB=qBυ=m
υ2
R

得:R=
qB

PN=(1+

2
2
)R

H≥RN=
2+

2
2
R=
(2+

2
)mυ
2qB

(3)设该微粒到达地面时的速度大小为u,撤去电场后,只有重力对带电粒子做功,
由动能定理:mgH=
1
2
mu2-
1
2
mυ2

解得:u=

2gH+υ2

答:(1)则此区域内电场强度的大小:E=
mg
q
和方向竖直向下.
(2)若某时刻微粒运动到场中P点,速度与水平方向成45°,如图所示.则为保证该微粒在此区域能做完整的匀速圆周运动,P点的高度H应满足
2+
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