如图所示,在互相垂直的水平方向的匀强电场(E已知)和匀强磁场(B已知)中,有一固定的竖直绝缘杆(足够长),杆上套一个质量为m、电荷量为+q的小球,它们之间的动摩擦因数为μ,且
问题描述:
如图所示,在互相垂直的水平方向的匀强电场(E已知)和匀强磁场(B已知)中,有一固定的竖直绝缘杆(足够长),杆上套一个质量为m、电荷量为+q的小球,它们之间的动摩擦因数为μ,且有mg>μqE.现静止释放小球,试求:
(1)刚释放瞬间小球的加速度大小.
(2)小球沿棒运动过程中的最大加速度和最大速度.
答
(1)小环静止时只受电场力、重力及摩擦力,电场力水平向右,摩擦力竖直向上;开始时,小环的加速度应为:a=
=g-mg−μqE m
;μqE m
(2)小环速度将增大,产生洛仑兹力,由左手定则可知,洛仑兹力向左,故水平方向合力将减少,摩擦力减少,故加速度增加;当qvB=qE时水平方向合力为0,摩擦力减小到0,加速度达到最大,所以小环由静止沿棒下落的最大加速度为:a=
=g mg m
当此后速度继续增大,则洛仑兹力增大,水平方向上的合力增大,摩擦力将增大;加速度将继续减小,当加速度等于零时,即重力等于摩擦力,此时小环速度达到最大.
则有:mg=μ(qvB-qE),
解得:v=
=mg+μqE μqB
+mg μqB
E B
答:(1)刚释放瞬间小球的加速度大小a=
;mg−μEq m
(2)小球沿棒运动过程中的最大加速度g,和最大速度vm=
+mg μqB
.E B