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试卷云
如图所示,竖直面内间距为L的水平虚线MN、PQ间有水平向里的匀强磁场Ⅰ,PQ下方有水平向外的匀强磁场Ⅱ;两磁场的磁感应强度大小相同,MN下方有方向竖直向下的匀强电场,从同一竖直面内距MN上方高度为L的A点,水平向右抛出一个质量为m、电荷量大小为q的带负电小球,小球从C点进入MN下方的电、磁场中,A、C两点的水平距离为1.5L,匀强电场的场强大小为,重力加速度为g,不计空气阻力及小球大小,求:
(1)小球从A点抛出时的初速度大小;
(2)要使小球不进入磁场Ⅱ,匀强磁场的磁感应强度大小应满足什么条件?
(3)若小球第一次在磁场Ⅰ中运动的偏向角为90°,进入磁场Ⅱ中运动到某位置时撤去磁场Ⅱ,此后小球第二次在磁场Ⅰ中的运动轨迹恰好与MN相切,则撤去磁场Ⅱ时小球的位置离PQ的距离为多少?
【答案】(1);(2);(3)
【知识点】平抛运动速度的计算、带电粒子在叠加场中做匀速圆周运动
【详解】(1)小球在MN上方做平抛运动,则有
,
解得
(2)设小球进磁场Ⅰ时的速度大小为v,根据动能定理可得
解得
设小球进磁场Ⅰ时速度方向与水平方向夹角为θ,则
解得
设粒子刚好不进入磁场Ⅱ时,在磁场中Ⅰ做圆周运动的半径为,根据题意及几何关系可得
解得
根据牛顿第二定律
,
解得
要使小球不进入磁场Ⅱ,匀强磁场的磁感应强度应满足
(3)设小球在磁场Ⅰ中做圆周运动的半径为,根据题意有
解得
根据题意及几何关系可知,小球进磁场Ⅱ时,速度与水平方向的夹角为37°,小球在磁场Ⅱ中运动t时间,撤去磁场Ⅱ,小球做匀速直线运动,设此时小球运动的速度与水平方向的夹角为,则
解得
设撤去磁场Ⅱ时,小球的位置离PQ的距离为d,根据几何关系有