如图所示,地面上方竖直界面N左侧空间存在着水平的、垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度B=2.0T.与N平行的竖直界面M左侧存在竖直向下的匀强电场,电场强度E1=100N/C.在界面
◎ 题目
如图所示,地面上方竖直界面N左侧空间存在着水平的、垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度B=2.0T.与N平行的竖直界面M左侧存在竖直向下的匀强电场,电场强度E1=100N/C.在界面M与N之间还同时存在着水平向左的匀强电场,电场强度E2=100N/C.在紧靠界面M处有一个固定在水平地面上的竖直绝缘支架,支架上表面光滑,支架上放有质量m2=1.8×10-4kg的带正电的小物体b(可视为质点),电荷量q2=1.0×10-5C.一个质量为m1=1.8×10-4kg,电荷量为q1=3.0×10-5C的带负电小物体(可视为质点)a以水平速度v0射入场区,沿直线运动并与小物体b相碰,a、b两个小物体碰后粘合在一起成小物体c,进入界面M右侧的场区,并从场区右边界N射出,落到地面上的Q点(图中未画出).已知支架顶端距地面的高度h=1.0m,M和N两个界面的距离L=0.10m,g取10m/s2.求: (1)小球a水平运动的速率. (2)物体c刚进入M右侧的场区时的加速度. (3)物体c落到Q点时的速率. |
◎ 答案
(1)a向b运动过程中受向下的重力,向上的电场力和向下的洛仑兹力. 小球a的直线运动必为匀速直线运动,a受力平衡,因此有 q1E1-q1v0B-m1g=0 解得:v0=20m/s (2)二球相碰动量守恒:m1v0=(m1+m2)v, 解得:v=10m/s 物体c所受洛仑兹力f=(q1-q2)vB=4×10-4N,方向向下 物体c在M有场区受电场力F2=(q1-q2)E2=2×10-3N,方向向右 物体c受到的重力G=(m1+m2)g=3.6×10-3N,方向向下 物体c受到的合力F合=
物体c的加速度a=
设合力的方向与水平方向的夹角为θ,则tanθ=
解得θ=arctan2, 加速度指向右下方与水平方向成arctan2. (3)物体c通过界面M后的飞行过程中电场力和重力都对它做正功. 设物体c落到Q点时的速率为vt,由动能定理 (m1+m2)gh+(q1-q2)E2L=
解得vt= |