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    (16分)如图所示, 在水平地面上方有一范围足够大的互相正交的匀强电场和匀强磁场区域.磁场的磁感应强度为B,方向垂直纸面向里.一质量为m、带电荷量为q的带正电微粒在此区域内沿竖直平面(垂直于磁场方向的平面)做速度大小为v的匀速圆周运动,重力加速度为g.

    (1)求此区域内电场强度的大小和方向.

    (2)若某时刻微粒在场中运动到P点时,速度与水平方向的夹角为60°,且已知P点与水平地面间的距离等于其做圆周运动的半径.求该微粒运动到最高点时与水平地面间的距离.

    (3)当带电微粒运动至最高点时,将电场强度的大小变为原来的 (方向不变,且不计电场变化对原磁场的影响),且带电微粒能落至地面,求带电微粒落至地面时的速度大小.

     

    【答案】

    (1) (2) (3)

    【解析】(1)由于带电微粒可以在电场、磁场和重力场共存的区域内沿竖直平面做匀速圆周运动,表明带电微粒所受的电场力和重力大小相等、方向相反,因此电场强度的方向竖直向上.                                      (1分)

    设电场强度为E,则有mg=qE                    (2分)

    即    (1分)

    (2)设带电微粒做匀速圆周运动的轨道半径为R,根据牛顿第二定律和洛伦兹力公式有   (1分)解得   (1分)

    依题意可画出带电微粒做匀速圆周运动的轨迹如图所示,由几何关系可知,该微粒运动至最高点时与水平地面间的距离 (4分)

    (3)将电场强度的大小变为原来的则电场力F电=带电微粒运动过程中,洛伦兹力不做功,所以在它从最高点运动至地面的过程中,只有重力和电场力做功,设带电微粒落地时的速度大小为v1,根据动能定理有 (4分) 解得：

     

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    （1）求电场强度的最小值及对应的磁感应强度；

    （2）若电场强度为最小值，当带电质点通过y轴上的点时，撤去匀强磁场，求带电质点落在oxz平面内的位置.

    (3)现需求解在（2）中带电质点到达oxz平面内的速度大小，试说明能否运用机械能守恒定律求解.

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       （1）杆下滑的最大速率vm；

       （2）稳定后整个电路耗电的总功率P；

       （3）杆下滑速度稳定之后电阻R2两端的电压U.

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       （1）杆下滑的最大速率vm；

       （2）稳定后整个电路耗电的总功率P；

       （3）杆下滑速度稳定之后电阻R2两端的电压U.

     

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    （1）带电体在水平轨道上运动的加速度大小及运动到B端时的速度大小；
    （2）带电体运动刚刚经过圆弧形轨道的B点瞬间时对圆弧轨道的压力大小；
    （3）带电体沿圆弧形轨道从B到C的运动过程中，电场力和摩擦力带电体所做的功各是多少。

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    （1）带电体在水平轨道上运动的加速度大小及运动到B端时的速度大小；

    （2）带电体运动刚刚经过圆弧形轨道的B点瞬间时对圆弧轨道的压力大小；

    （3）带电体沿圆弧形轨道从B到C的运动过程中，电场力和摩擦力带电体所做的功各是多少。

     

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