Question

18．如圖所示，兩塊水平放置、相距為d的長金屬板接在電壓可調(diào)的電源上．兩板之間的右側區(qū)域存在方向垂直紙面向里的勻強磁場．將噴墨打印機的噴口靠近上板下表面，從噴口連續(xù)不斷噴出質(zhì)量均為m、水平速度均為v₀、帶相等電荷量的墨滴．調(diào)節(jié)電源電壓至U，墨滴在電場區(qū)域恰能沿水平向右做勻速直線運動；進入電場、磁場共存區(qū)域后，最終垂直打在下板的M點．
（1）判斷墨滴所帶電荷的種類，并求其電荷量；
（2）求磁感應強度B的值；
（3）現(xiàn)保持噴口方向不變，使其豎直下移到兩板中間的位置．為了使墨滴仍能到達下板M點，應將磁感應強度調(diào)至B′，則B′的大小為多少？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電場力和重力平衡求出電荷量的大小，通過電場力的方向確定電荷的正負．
（2）墨滴垂直進入電磁場共存區(qū)域，重力仍與電場力平衡，粒子做勻速圓周運動，根據(jù)粒子垂直打在M點，通過幾何關系得出粒子的軌道半徑，根據(jù)洛倫茲力提供向心力求出磁感應強度的大�。�
（3）根據(jù)幾何關系得出粒子做圓周運動的軌道半徑，結合帶電粒子在磁場中運動的半徑公式求出磁感應強度的大�。�

解答 解：（1）墨滴在電場區(qū)域做勻速直線運動，有：q$\frac{U}k07bm1z$=mg…①
由①式得，q=$\frac{mgd}{U}$…②
由于電場方向向下，電荷所受的電場力方向向上，可知墨滴帶負電荷．
（2）墨滴垂直進入電磁場共存區(qū)域，重力仍與電場力平衡，由洛倫茲力提供向心力，墨滴做勻速圓周運動，有：
  qv₀B=m$\frac{{v}_{0}^{2}}{R}$…③
考慮墨滴進入磁場和撞板的幾何關系，可知墨滴在該區(qū)域恰好完成四分之一圓周運動，則半徑R=d…④
由②③④式得：B=$\frac{{v}_{0}U}{gxssoq14^{2}}$…⑤
（3）根據(jù)題設，墨滴的運動軌跡如圖，設圓周運動的半徑為R′，有：
  qv₀B′=m$\frac{{v}_{0}^{2}}{R′}$…⑥
由圖示可得，R′²=d²+（R′-$\fractx8ts1x{2}$）²…⑦
得，R′=$\frac{5}{4}$d…⑧
聯(lián)立②⑥⑧式可得：B′=$\frac{4{v}_{0}U}{5gih5kptq^{2}}$．
答：
（1）墨滴帶負電，電荷量為$\frac{mgd}{U}$．
（2）磁感應強度為$\frac{{v}_{0}U}{gvkr3hti^{2}}$．
（3）B′的大小為$\frac{4{v}_{0}U}{5gjtqae4a^{2}}$．

點評 本題考查粒子在復合場中的運動，知道粒子在電場和重力場區(qū)域做勻速直線運動，進入電場、磁場和重力場區(qū)域，做勻速圓周運動．結合牛頓第二定律和共點力平衡進行求解．