一個質(zhì)量為m帶電量為+q的小球,每次均以初速度v0水平向右拋出,拋出點距離水平地面的高度為h,不計空氣阻力,重力加速度為g,求:
(1)若在小球所在空間加一個勻強電場,發(fā)現(xiàn)小球水平拋出后做勻速直線運動,則電場強度E的大小和方向?
(2)若在此空間再加一個垂直紙面向外的勻強磁場,發(fā)現(xiàn)小球拋出后最終落地且其運動的水平位移為s,求磁感應(yīng)強度B的大。
分析:(1)小球水平拋出后做勻速直線運動,電場力與重力平衡,根據(jù)場強的定義求解場強;
(2)電場力與重力平衡,洛倫茲力提供向心力,結(jié)合幾何關(guān)系求解半徑,然后根據(jù)牛頓第二定律列式求解磁感應(yīng)強度B的大。
解答:解:(1)要使小球水平拋出后做勻速直線運動,小球所受合力應(yīng)該為零,所以所加勻強電場方向豎直向上,大小設(shè)為E,根據(jù)平衡條件,有:
mg=Eq
可得:
E=(2)由題意可得,再加一個勻強磁場后,小球在復(fù)合場中(重力場、電場、磁場)做勻速圓周運動.運動軌跡如圖所示,由O運動到B.
由已知條件可知,OA間高度為h,AB間距離為s.
分別做拋出速度和落地速度方向的垂線,相交于O'點,即為小球做圓周運動的圓心,設(shè)小球做圓周運動的半徑為R.
在△ABO'中,可得:R
2=s
2+(R-h)
2解得:
R= ①
由于小球做圓周運動的向心力由洛倫茲力來提供,所以:
m=qv0B可得:
R= ②
由①②兩式可得:
B=答:(1)電場強度E的大小為
,方向豎直向上;(2)磁感應(yīng)強度B的大小為
.
點評:本題關(guān)鍵明確小球的運動性質(zhì),然后根據(jù)平拋運動的分運動公式、直線運動的條件、牛頓第二定律列方程,不難.