如图所示,AB为一段光滑绝缘水平轨道,BCD为一段光滑的圆弧轨道,半径为R,今有一质量为m、带电为+q的绝缘小球,以速度v0从A点向B点运动,后又沿弧BC做圆周运动,到C点后由于v0较小,故难运动到最高点.如果当其运动至C点时,忽然在轨道区域加一匀强电场和匀强磁场,使其能运动到最高点此时轨道弹力为0,且贴着轨道做匀速圆周运动,求:(1)匀强电场的方向和强度;(2)磁场的方向和磁感应强度.

问题描述:

如图所示,AB为一段光滑绝缘水平轨道,BCD为一段光滑的圆弧轨道,半径为R,今有一质量为m、带电为+q的绝缘小球,以速度v0从A点向B点运动,后又沿弧BC做圆周运动,到C点后由于v0较小,故难运动到最高点.如果当其运动至C点时,忽然在轨道区域加一匀强电场和匀强磁场,使其能运动到最高点此时轨道弹力为0,且贴着轨道做匀速圆周运动,
求:

(1)匀强电场的方向和强度;
(2)磁场的方向和磁感应强度.

(1)由受力平衡得mg=qE,得E=mgq,小球带正电,则电场强度方向竖直向上.(2)A→C过程,由机械能守恒定律得:mgR+12mvC2=12mv02,解得:vC=v20−2gR,又由qvCB=mv2CR,解得:B=mvCqR=mqRv20−2gR,由左手定则知,B...
答案解析:当小球运动至C点时,在轨道区域加一匀强电场和匀强磁场,此时轨道弹力为零,且贴着轨道做匀速圆周运动,则重力与电场力平衡,则洛伦兹力提供向心力.根据力平衡分析电场强度大小和方向,由左手定则判断磁场方向.根据机械能守恒定律求出小球到C点时的速度,由牛顿定律求出小球到达轨道的末端点D后,受力情况没有变化,仍做匀速圆周运动.
考试点:动能定理的应用;向心力;带电粒子在混合场中的运动.
知识点:本题是重力场、电场和磁场的复合场问题,考查分析物体的运动过程,综合应用机械能守恒定律和牛顿定律的解题能力.