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如图所示,直角坐标系xOy位于竖直平面内,在水平的x轴下方存在匀强磁场和匀强电场,磁场的磁感应强度为B,方向垂直xOy平面向里,电场线平行于y轴。一质量为m、电荷量为q的带正电的小球,从y轴上的A点水平向右抛出,经x轴上的M点进入电场和磁场,恰能做匀速圆周运动,从x轴上的N点第一次离开电场和磁场,MN之间的距离为L,小球过M点时的速度方向与x轴的方向夹角为.不计空气阻力,重力加速度为g,求

(1)电场强度E的大小和方向;

(2)小球从A点抛出时初速度v0的大小;

(3)A点到x轴的高度h.

答案

(1)电场强度方向竖直向上。(2)

(3)


解析:

(1)小球在电场、磁场中恰能做匀速圆周运动,其所受电场力必须与重力平衡,有

                                         ①

                                      ②

重力的方向是竖直向下,电场力方向则应为竖直向上,由于小球带正电,所以电场强度方向竖直向上。

(2)小球做匀速圆周运动,O′为圆心,MN为弦长,,如图所示。设半径为r,由几何关系知

                                      ③

小球做匀速圆周运动的向心力由洛仑兹力提供,设小球做圆周运动的速率为v,有

                                     

       由速度的合成与分解知

                                        ⑤

由③④⑤式得

                                   ⑥

(3)设小球到M点时的竖直分速度为vy,它与水平分速度的关系为

                                     ⑦

由匀变速直线运动规律

                                        ⑧

由⑥⑦⑧式得

                                     ⑨

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