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质量为m的带电小球,从固定在地面上的半径为R的光滑半圆轨道顶处由静止开始沿逆时针方向滑下.(1)若整个装置处于磁感强度为B、方向垂直轨道平面向里的匀强磁场中,如图所示,
题目详情
质量为m的带电小球,从固定在地面上的半径为R的光滑半圆轨道顶处由静止开始沿逆时针方向滑下. (1)若整个装置处于磁感强度为B、方向垂直轨道平面向里的匀强磁场中,如图所示,且小球始终未离开轨道表面,小球应带何种电荷?电量至少多少? (2)如果去掉磁场,而其它条件不变,小球会在什么地方离开轨道? |
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答案和解析
(1)小球沿半球表面滑下至最低点的过程受重力、支持力,洛仑兹力这三个力的作用,但只有重力做功,机械能守恒,则有 mgR=
设小球下滑至最低点时的速度为v,则:v=
在最低点有:QvB-N=m
由①知小球在最低点的速度v是一定的,要使Q最小,则必须N=0,设此时的油滴电量为Q 0 ,即 Q 0 vB=m
联解①、②得带电量至少为 Q 0 =
由左手定则判断知:小球带正电. (2)设小球在与过圆心的竖直半径成θ角处离开球面,此刻速度为v 1 则在此处有:mgcosθ-N=m
小球在离开球面处有 N=0 ② 又据机械能守恒定律:mgR(1-cosθ)=
联解①②③得:cosθ=
即:θ=arccos
当小球滑至与球心连线与竖直方向成cos -1
答: (1)小球带正电,电量至少
(2)如果去掉磁场,而其它条件不变,当小球滑至与球心连线与竖直方向成cos -1
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