Question

如圖所示，在同時存在勻強電場和勻強磁場的空間中取正交坐標(biāo)系Oxyz（x軸正方向水平向右，y軸正方向豎直向上）。勻強磁場方向與Oxy平面平行，且與x軸的夾角為，重力加速度為g。

1.一質(zhì)量為m、電荷量為的帶電質(zhì)點沿平行于z軸正方向以速度v₀做勻速直線運動，求滿足條件的電場強度的最小值及對應(yīng)的磁感應(yīng)強度；

2.在滿足（1）的條件下，當(dāng)帶電質(zhì)點通過y軸上的點時，撤去勻強磁場，求帶電質(zhì)點落在Oxz平面內(nèi)的位置；

3.當(dāng)帶電質(zhì)點沿平行于z軸負方向以速度v₀通過y軸上的點時，改變電場強度大小和方向，同時改變磁感應(yīng)強度的大小，要使帶點質(zhì)點做勻速圓周運動且能夠經(jīng)過x軸，問電場強度E和磁感應(yīng)強度B大小滿足什么條件？

 

Answer 1

 

1.

2.N（，0，）

3.

解析:（1）如圖所示，帶電質(zhì)點受到重力mg（大小及方向均已知）、洛倫茲力qv₀B（方向已知）、電場力qE（大小及方向均未知）的作用做勻速直線運動。根據(jù)力三角形知識分析可知：當(dāng)電場力方向與磁場方向相同時，場強有最小值。根據(jù)物體的平衡規(guī)律有

      （1分）

     （1分）

解得   （1分）

         （1分）

（2）如圖所示，撤去磁場后，帶電質(zhì)點受到重力和電場力qE_min作用，其合力沿PM方向并與v₀方向垂直，大小等于=，故帶電質(zhì)點在與Oxz平面成角的平面內(nèi)作類平拋運動。

由牛頓第二定律          

解得         （1分）

設(shè)經(jīng)時間t到達Oxz平面內(nèi)的點N（x,y,z），由運動的分解可得

沿v₀方向    （1分）

沿PM方向     （1分）

又       （1分）

                    （1分）

聯(lián)立解得             （2分）

則帶電質(zhì)點落在N（，0，）點 （1分）

（或帶電質(zhì)點落在Oxz平面內(nèi)，，的位置）

    （3）當(dāng)電場力和重力平衡時，帶點質(zhì)點才能只受洛倫茲力作用做勻速圓周運動

則有：                （1分）

得：                  （1分）

要使帶點質(zhì)點經(jīng)過x軸，圓周的直徑為   （1分）

根據(jù)

得                          （1分）