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(2011•沈阳模拟)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

来源:学生作业帮 编辑:作业帮 分类:综合作业 时间:2024/07/13 16:43:28
(2011•沈阳模拟)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.
(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:E=
4mg
5q
B=
3mg
5qv0 
(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:E'q=mg  
解得:E′=
mg
q 方向竖直向下
要使带电质点经过x轴,圆周的直径
2r=
0.72h
cos53°=1.2h
根据B′qv0=m

v20
r
解得:B′=
5mv0
3qh
(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  PM=
1
2at2
x=0.72htan53°=0.96h
联立解得 z=2v0

h
g
则带电质点落在N(0.96h,0,2v0

h
g)点.
答:(1)电场强度E的大小为
4mg
5q,对应的磁感应强度B的大小
3mg
5qv0;
(2)电场强度E′为
mg
q,磁感应强度B′的大小为
5mv0
3qh;
(3)带电质点落在xOz平面内的位置坐标为(0.96h,0,2v0

h
g).
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