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如图所示 在同时存在匀强电场和匀强磁场的空间中取空间直角坐标系Oxyz(x轴正方向水

时间:2022-06-09 21:36:54

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如图所示 在同时存在匀强电场和匀强磁场的空间中取空间直角坐标系Oxyz(x轴正方向水

问题补充:

如图所示,在同时存在匀强电场和匀强磁场的空间中取空间直角坐标系Oxyz(x轴正方向水平向右,y轴正方向竖直向上),匀强磁场方向与xOy平面平行,且与x轴的夹角为530,已知重力加速度为g.

(1)当电场方向与磁场方向相同时,一电荷量为+q质量为m的带电质点沿平行于z轴正方向的速度v0做匀速直线运动,求电场强度E的大小及对应的磁感应强度B的大小;

(2)当一电荷量为-q质量为m的带电质点沿平行于z轴正方向以速度v0通过y轴上的点P(0,0.72h,0)时,改变电场强度大小和方向,同时也改变磁感应强度的大小,使带电质点做匀速圆周运动且能够经过x轴,问电场强度E′和磁感应强度B′的大小满足什么条件?

(3)在满足(1)的条件下,当带电质点通过y轴上的点P(0,0.72h,0)时,撤去匀强磁场,求带电质点落在xOz平面内的位置坐标.

答案:

解:(1)在xoy平面内质点受力如图所示,电场力方向与磁场力方向垂直;

根据物体的平衡条件有:

qE=mgsin53°

qv0B=mgcos53°

解得:

?

(2)当电场力和重力平衡时,带电质点只受洛伦兹力作用,在v0方向和B′qv0方向所在直线决定平面内做匀速圆周运动

则有:Eq=mg??

解得:?方向竖直向下

要使带电质点经过x轴,圆周的直径

根据

解得:

(3)如图所示,撤去磁场后,带电质点受到重力mg和电场力qE作用,其合力沿PM方向并与v0方向垂直,大小等于qv0B=0.6mg,故带电质点在与xOz平面成370角的平面内作类平抛运动.

由牛顿第二定律qv0B=ma

解得a=0.6g?????????

设经时间t到达xOz平面内的点N(x;y,z),由运动的分解可

沿v0方向?z=v0t

沿PM方向??

x=0.72htan53°=0.96h

联立解得?

则带电质点落在N(0.96h,0,)点.

答:(1)电场强度E的大小为,对应的磁感应强度B的大小;

(2)电场强度E′为,磁感应强度B′的大小为;

(3)带电质点落在xOz平面内的位置坐标为(0.96h,0,).

解析分析:(1)电荷受重力、洛伦兹力和电场力,三力平衡,根据平衡条件列式求解;

(2)粒子做匀速圆周运动,电场力和重力平衡,洛伦兹力提供向心力;根据几何关系得到半径,然后根据牛顿第二定律列式求解;

(3)撤去磁场后,粒子受重力和电场力,做类似平抛运动,根据类似平抛运动的分位移公式列式求解.

点评:本题是带电粒子在复合场中的运动问题,分匀速直线运动、匀速圆周运动和类似平抛运动三种情况进行研究.

如图所示 在同时存在匀强电场和匀强磁场的空间中取空间直角坐标系Oxyz(x轴正方向水平向右 y轴正方向竖直向上) 匀强磁场方向与xOy平面平行 且与x轴的夹角为530

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