Question

（20分）如圖所示，有3塊水平放置的長薄金屬板a、b和c，a、b之間相距為L。緊貼b板下表面豎直放置半徑為R的半圓形塑料細(xì)管，兩管口正好位于小孔M、N處。板a與b、b與c之間接有電壓可調(diào)的直流電源，板b與c間還存在方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。當(dāng)體積為V₀、密度為r、電荷量為q的帶負(fù)電油滴，等間隔地以速率v₀從a板上的小孔豎直向下射入，調(diào)節(jié)板間電壓U_ba和U_bc，當(dāng)U_ba=U₁、U_bc=U₂時(shí)，油滴穿過b板M孔進(jìn)入細(xì)管，恰能與細(xì)管無接觸地從N孔射出。忽略小孔和細(xì)管對(duì)電場(chǎng)的影響，不計(jì)空氣阻力。

求：

（1）油滴進(jìn)入M孔時(shí)的速度v₁；

（2）b、c兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的值；

（3）當(dāng)油滴從細(xì)管的N孔射出瞬間，將U_ba和B立即調(diào)整到和B´，使油滴恰好不碰到a板，且沿原路與細(xì)管無接觸地返回并穿過M孔，請(qǐng)給出和B´的結(jié)果。

 

Answer 1

【答案】

（1）（2）；（3），B´="-" B

【解析】

試題分析：（1）油滴入電場(chǎng)后，重力與電場(chǎng)力均做功，設(shè)到M點(diǎn)時(shí)的速度為v₁，由動(dòng)能定理

      

考慮到

   得：     

（2）油滴進(jìn)入電場(chǎng)、磁場(chǎng)共存區(qū)域，恰與細(xì)管無接觸地從N孔射出，須電場(chǎng)力與重力平衡，有：

      得：      

油滴在半圓形細(xì)管中運(yùn)動(dòng)時(shí)，洛倫茲力提供向心力，由

    

得：  

（3）若油滴恰不能撞到a板，且再返回并穿過M點(diǎn)，由動(dòng)能定理，

  

得：       

考慮到油滴返回時(shí)速度方向已經(jīng)相反，為了使油滴沿原路與細(xì)管無接觸地返回并穿過M孔，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不變，方向相反，即：B´="-" B  

考點(diǎn)：動(dòng)能定理、洛倫茲力提供向心力

點(diǎn)評(píng)：此類題型考察了多過程的粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)、勻強(qiáng)電場(chǎng)中粒子的加速和偏轉(zhuǎn)問題。這類問題通常來說只要能夠正確畫出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，就能夠找到正確的幾何關(guān)系，從而求解。