如图,平行金属板倾斜放置,AB长度为L,金属板与水平方向的夹角为θ,一电荷量为-q、质量为m的带电小球以水平速度v0进入电场,且做直线运动,到达B点。离开电场后,进入如下图所示的电磁场(图中电场没有画出)区域做匀速圆周运动,并竖直向下穿出电磁场,磁感应强度为B。试求:
(1)带电小球进入电磁场区域时的速度v。
(2)带电小球在电磁场区域做匀速圆周运动的时间。
(3)重力在电磁场区域对小球所做的功。
如图,平行金属板倾斜放置,AB长度为L,金属板与水平方向的夹角为θ,一电荷量为-q、质量为m的带电小球以水平速度v0进入电场,且做直线运动,到达B点。离开电场后,进入如下图所示的电磁场(图中电场没有画出)区域做匀速圆周运动,并竖直向下穿出电磁场,磁感应强度为B。试求:
(1)带电小球进入电磁场区域时的速度v。
(2)带电小球在电磁场区域做匀速圆周运动的时间。
(3)重力在电磁场区域对小球所做的功。
【命题立意】主要考查带电粒子在有界电磁场中的运动问题
【思路点拨】带电粒子在电磁场中的运动是历年高考考查的热点之一。分析问题的关键在于分析粒子在电场、磁场中运动状态,各种运动之间的速度关联如何以及画出粒子的运动轨迹。注意粒子在边界电场、磁场中出进磁场的速度大小与方向为该题求解的突破口。本题考查考生综合应用学科内知识分析解决物理问题的能力。
【答案】(1)(2)
(3)
【解析】(1)对带电小球进行受力分析,带电小球受重力mg和电场力F,F合=Fsinθ,mg=Fcosθ(1分)
解得F合=mgtanθ(1分)
根据动能定理
,
解得(2分)
(2)带电小球进入电磁场区域后做匀速圆周运动,说明电场力和重力平衡,带电小球只在洛伦兹力作用下运动。通过几何知识可以得出,带电粒子在磁场中运动了圆周,运动时间为
(2分)
(3)带电小球在竖直方向运动的高度差等于一个半径,h=R=(2分)
重力做的功为(2分)