Question

分如圖所示，直角坐標系xOy位于豎直平面內，在水平的x軸下方存在勻強磁場和勻強電場，磁場的磁感應強度為B，方向垂直xOy平面向里，電場線平行于y軸．一質量為m、電荷量為q的帶正電荷的小球，從y軸上的A點水平向右拋出．經x軸上的M點進入電場和磁場，恰能做勻速圓周運動，從x軸上的N點第一次離開電場和磁場，MN之間的距離為L，小球過M點時的速度方向與x軸正方向夾角為θ.不計空氣阻力，重力加速度為g，求：

(1)電場強度E的大小和方向；
(2)小球從A點拋出時初速度v₀的大小；
(3)A點到x軸的高度h.

Answer 1

(1)E＝，豎直向上（4分）　(2)cotθ（6分）　(3)

試題分析：(1)小球在電場、磁場中恰能做勻速圓周運動，其所受電場力必須與重力平衡，
有qE＝mg        ①  
E＝        ②  
重力的方向是豎直向下，電場力的方向則應為豎直向上，由于小球帶正電，所以電場強度方向豎直向上． 
(2)小球做勻速圓周運動，O′為圓心，MN為弦長，∠MO′P＝θ，如圖所示．

設半徑為r，由幾何關系知＝sinθ③
小球做勻速圓周運動的向心力由洛倫茲力提供，設小球做圓周運動的速率為v，
有qvB＝④
由速度的合成與分解知＝cosθ⑤
由③④⑤式得v₀＝cotθ⑥
(3)設小球到M點時的豎直分速度為v_y，它與水平分速度的關系為v_y＝v₀tanθ⑦
由勻變速直線運動規律v＝2gh⑧
由⑥⑦⑧式得h＝⑨
點評：難度較大，處理帶電粒子在交替復合場中的運動時，應分割整個過程，判斷各個分過程的受力和運動情況，畫出大致的運動軌跡，本題中進入第四象限做勻速圓周運動，肯定是電場力平衡重力，由洛倫茲力提供向心力