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如图甲所示,在边界MN左侧存在斜方向的匀强电场E1,在MN的右侧有竖直向上、场强大小为E2=0.4N/C的匀强电场,还有垂直纸面向内的匀强磁场B(图甲中未画出)和水平向右的匀强电场E3(图甲中未画出),BE3随时间变化的情况如图乙所示,P1P2为距MN边界2.28m的竖直墙壁,现有一带正电微粒质量为4×10-7kg,电量为1×10-5C,从左侧电场中距MN边界mA处无初速释放后,沿直线以1m/s速度垂直MN边界进入右侧场区,设进入右侧场时刻t=0 g =10m/s2.求:

1MN左侧匀强电场的电场强度E1的大小及方向。(sin37º=0.6);

2)带电微粒在MN右侧场区中运动了1.5s时的速度的大小及方向;

3)带电微粒在MN右侧场区中运动多长时间与墙壁碰撞?(≈0.19

 


答案

解: (1)MN左侧匀强电场场强为E1,方向与水平方向夹角为θ

带电小球受力如右图.

沿水平方向有   qE1cosθ=ma                   1分)

沿竖直方向有   qE1sinθ=mg                    1分)

       对水平方向的匀加速运动有       v2=2as         1分)

  代入数据可解得  E1=0.5N/C                    1分)

θ=53º                        1分)

E1大小为0.5N/C,方向与水平向右方向夹53º角斜向上.

(2)       带电微粒在MN右侧场区始终满足 qE2=mg                              1分)

0~1s时间内,带电微粒在E3电场中  m/s2   1分)

    带电微粒在1s时的速度大小为  v1=v+at=1+0.1×1=1.1m/s             1分)

1~1.5s时间内,带电微粒在磁场B中运动,

周期为 s                               1分)

    1~1.5s时间内,带电微粒在磁场B中正好作半个圆周运动.所以带电微粒在MN右侧场区中运动了1.5s时的速度大小为1.1m/s, 方向水平向左.                                                                 1分)

(3)0s~1s时间内带电微粒前进距离 s1= vt+at2=1×1+×0.1×12=1.05m         (1)

带电微粒在磁场B中作圆周运动的半径 m     1分)

因为r+s12.28m,所以在1s~2s时间内带电微粒未碰及墙壁.

2s~3s时间内带电微粒作匀加速运动,加速度仍为 a=0.1m/s2 ,

3s内带电微粒共前进距离

     s3=m                      1分)

3s时带电微粒的速度大小为 m/s

3s~4s时间内带电微粒在磁场B中作圆周运动的半径

         m=0.19m                   2分)

因为r3+s32.28m,所以在4s时间内带电微粒碰及墙壁.

     带电微粒在3s以后运动情况如右图,其中 d=2.28-2.2=0.08m               1分)

     sinθ=      θ30º             1分) 

所以,带电微粒作圆周运动的时间为

   s      1分)

带电微粒与墙壁碰撞的时间为 t3+=s     1分)        

 


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