如图甲所示,在光滑绝缘的水平桌面上建立一xoy坐标系,平面处在周期性变化的电场和磁场中,电场和磁场的变化规律如图乙所示(规定沿+y方向为电场强度的正方向,竖直向下为磁感

◎ 题目

如图甲所示,在光滑绝缘的水平桌面上建立一xoy坐标系,平面处在周期性变化的电场和磁场中,电场和磁场的变化规律如图乙所示(规定沿+y方向为电场强度的正方向,竖直向下为磁感应强度的正方向).在t=0时刻,一质量为10g、电荷量为0.1C的带电金属小球自坐标原点O处,以v0=2m/s的速度沿x轴正方向射出.已知E0=0.2N/C、B0=0.2πT.求:
(1)t=1s末速度的大小和方向;
(2)1s~2s内,金属小球在磁场中做圆周运动的半径和周期;
(3)(2n-1)s~2ns(n=1,2,3,…)内金属小球运动至离x轴最远点的位置坐标.
魔方格

◎ 答案

(1)在0~1s内,金属小球在电场力作用下,在x轴方向上做匀速运动vx=v0,y方向做匀加速运动vy=
qE0
m
t1

1s末粒子的速度v1=

v2x
+
v2y
=2

2
m/s

设v1与x轴正方向的夹角为α,则tanα=
vy
vx
=1,故α=450
(2)在1s~2s内,粒子在磁场中做圆周运动,由牛顿第二定律,得qv1B0=
m
v21
R1
,解得R1=
mv1
qB0
=

2
π
m                   
粒子做圆周运动的周期T=
2πm
qB0
=1s

(3)粒子运动轨迹如图1所示

魔方格

(2n-1)s末粒子的横坐标为x=v0t=2n(m)                   
纵坐标为:y=
1
2
at2=
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