如圖*所示,在邊界MN左側存在斜方向的勻強電場E1,在MN的右側有豎直向上、場強大小為E2=0.4N/C的勻強...
問題詳情:
如圖*所示,在邊界MN左側存在斜方向的勻強電場E1,在MN的右側有豎直向上、場強大小為E2=0.4N/C的勻強電場,還有垂直紙面向內的勻強磁場B(圖*中未畫出)和水平向右的勻強電場E3(圖*中未畫出),B和E3隨時間變化的情況如圖10乙所示,P1P2為距MN邊界2.295m的豎直牆壁,現有一帶正電微粒質量為4×10-7kg,電量為1×10-5C,從左側電場中距MN邊界的A處無初速釋放後,沿直線以1m/s速度垂直MN邊界進入右側場區,設此時刻t=0,取g =10m/s2.求:
(1)MN左側勻強電場的電場強度E1(sin37º=0.6);
(2)帶電微粒在MN右側場區中運動了1.5s時的速度;
(3)帶電微粒在MN右側場區中運動多長時間與牆壁碰撞?()
【回答】
(1)設MN左側勻強電場場強為E1,方向與水平方向夾角為θ.
帶電小球受力如右圖.
沿水平方向有 qE1cosθ=ma
沿豎直方向有 qE1sinθ=mg
對水平方向的勻加速運動有 v2=2as
代入數據可解得 E1=0.5N/C
θ=53º
即E1大小為0.5N/C,方向與水平向右方向夾53º角斜向上.
(2) 帶電微粒在MN右側場區始終滿足 qE2=mg
在0-1s時間內,帶電微粒在E3電場中
帶電微粒在1s時的速度大小為 v1=v+at=1+0.1×1=1.1m/s
在1-1.5s時間內,帶電微粒在磁場B中運動,週期為
在1-1.5s時間內,帶電微粒在磁場B中正好作半個圓周運動.所以帶電微粒在MN右側場區中運動了1.5s時的速度大小為1.1m/s, 方向水平向左.
(3) 在0s-1s時間內帶電微粒前進距離
帶電微粒在磁場B中作圓周運動的半徑
因為r+s1<2.295m,所以在1s-2s時間內帶電微粒未碰及牆壁.
在2s-3s時間內帶電微粒作勻加速運動,加速度仍為a=0.1m/s2,
在3s內帶電微粒共前進距離
在3s時帶電微粒的速度大小為
在3s-4s時間內帶電微粒在磁場B中作圓周運動的半徑
因為r3+s3>2.295m,所以在4s時間內帶電微粒碰及牆壁.
帶電微粒3s以後運動情況如右圖,其中 d=2.295-2.2=0.095m
,θ=30º
所以,帶電微粒作圓周運動的時間為
帶電微粒與牆壁碰撞的時間為
知識點:帶電粒子在電場中的運動
題型:計算題
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