Question

如圖所示，在空間有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感強(qiáng)度的方向垂直紙面向里，大小為B，光滑絕緣空心細(xì)管MN的長(zhǎng)度為h，管內(nèi)M端有一質(zhì)量為m、帶正電q的小球P，開(kāi)始時(shí)小球P相對(duì)管靜止，管帶著小球P沿垂直于管長(zhǎng)度方向的恒定速度u向圖中右方運(yùn)動(dòng)．設(shè)重力及其它阻力均可忽略不計(jì)．（1）當(dāng)小球P相對(duì)管上升的速度為v時(shí)，小球上升的加速度多大？（2）小球P從管的另一端N離開(kāi)管口后，在磁場(chǎng)中作圓周運(yùn)動(dòng)的圓半徑R多大？（3）小球P在從管的M端到N端的過(guò)程中，管壁對(duì)小球做的功是多少？

Answer 1

（1）quB/m（2）（3）quBh

解析:

（1）設(shè)此時(shí)小球的合速度大小為v_合，方向與u的夾角為θ

    有……①     cosθ=u/v_合=u/  ………②

  此時(shí)粒子受到的洛倫茲力f和管壁的彈力N如所示，由牛頓第二定律可求此時(shí)小球上升的加速度為：a=fcosθ=qv_合Bcosθ/m………③ 

聯(lián)立①②③解得：a=quB/m

（2）由上問(wèn)a知，小球上升加速度只與小球的水平速度u有關(guān)，故小球在豎直方向上做加速運(yùn)動(dòng)．設(shè)小球離開(kāi)N端管口時(shí)的豎直分速度為v_y，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得

此時(shí)小球的合速度

    故小球運(yùn)動(dòng)的半徑為 

（3）因洛化茲力對(duì)小球做的功為零，由動(dòng)能定理得管壁對(duì)小球做的功為：   

W=1/2mv²－1/2mu²=quBh