Question

【题目】如图甲，足够大平行板MN、PQ水平放置，MN板上方空间存在叠加的匀强磁场和匀强电场，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为B0，电场方向与水平成30°角斜向左上方（图中未画出），电场强度大小E0 = 。有一质量为m、电量为q的带正电小球，在该电磁场中沿直线运动，并能通过MN板上的小孔进入平行板间。小球通过小孔时记为t=0时刻，给两板间加上如图乙所示的电场E和磁场B，电场强度大小为E0，方向竖直向上；磁感应强度大小为B0，方向垂直纸面向外，重力加速度为g。（坐标系中t1 = 、t2=+ 、t3=+ t4=+ 、t5=+ ……）

(1)求小球刚进入平行板时的速度v0；

(2)求t2时刻小球的速度v1的大小；

(3)若小球经历加速后，运动轨迹能与PQ板相切，试分析平行板间距离d满足的条件。

Answer 1

【答案】(1) (2) (3) (n=1、2、3……)

【解析】

(1)带正电的小球能在电磁场中沿直线运动，可知一定是匀速直线运动，受力平衡，因电场力F电=qE0=mg，方向沿左上方与水平成30°角，重力mg竖直向下,可知电场力与重力夹角为120°，其合力大小为mg，则满足

qv0B0=mg

解得

(2)由几何关系可知，小球进入两板之间时速度方向与MN成60°角斜向下，由于在0-t1时间内受向上的电场力，大小为mg，以及向下的重力mg，可知电场力和重力平衡，小球只在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，因为，可知粒子在0-t1时间内转过的角度为30°，即此时小球的速度方向变为竖直向下，在t1-t2时间内小球只受重力作用向下做加速度为g的加速运动，则经过

速度为

(3)在t2~t3时间内小球仍匀速做圆周运动，因为t2~t3时间为一个周期，可知小球在t3时刻再次运动到原来的位置，然后在t3~t4时间内继续向下做匀加速直线运动……如此重复，但是每次做圆周运动的半径逐渐增加，当圆周与PQ相切时满足：

(n=1、2、3……)

其中

解得

(n=1、2、3……)