如图所示,竖直平面坐标系xOy的第一象限,有垂直:xOy面向外的水平勻强磁场和竖直向上的匀强电场,大小分别为B和E第四象限有垂直xOy為面向里的水平匀强电场,大小E'=2E第三象

◎ 题目

如图所示,竖直平面坐标系xOy的第一象限,有垂直:xOy面向外的水平勻强磁场和竖直向上的匀强电场,大小分别为B和E第四象限有垂直xOy為面向里的水平匀强电场,大小E'=2E 第三象限内有一绝缘光滑竖直放置的半径为R的半圆轨道,轨道最髙点与坐标原点O相切,最低点与绝缘光滑水平面相切于N.一质量为m的带电小球从y轴上(y>0)的P点沿工轴正方向进入第一象限后做圆周运动,恰好通过坐标原点O,且水平切入半圆轨道并沿轨道内侧运动,过N点水平进入第四象限,并在电场
中运动?(已知重力加速度为g)
(1)判断小球的带电性质并求出其所带电荷量.
(2)P点距坐标原点O至少多高?
(3)若该小球以满足(2)中OP最小值的位置和对应速度进入第一象限,通过N点开始计时,经时间t=2

R
g
,小球距N点的距离s为多远?
魔方格

◎ 答案

(1)小球进入第一象限正交的电场和磁场后,在垂直磁场的平面内做圆周运动,说明重力与电场力平衡,qE=mg  ①
 得q=
mg
E
   ②
 小球带正电.
 (2)小球在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,设匀速圆周运动的速度为v、轨道半径为r.
 有:qvB=m
v2
r
  ③
 小球恰能通过半圆轨道的最高点并沿轨道运动,有:mg=m
v2
R
  ④
 由③④得:r=
m

gR
Bq

 PO的最小距离为:y=2r=2
m

gR
Bq

 (3)小球由O运动到N的过程中机械能守恒:mg?2R+
1
2
mv2=
1
2
mv2N

 由④⑦得:vN=

4Rg+v2
=
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5gR
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