Question

（2010?山西模擬）在光滑絕緣的水平面上建有如圖所示的平面直角坐標(biāo)系，在此水平面上可視為質(zhì)點(diǎn)的不帶電小球a靜止于坐標(biāo)系的原點(diǎn)O，可視為質(zhì)點(diǎn)的帶正電小球b靜止在坐標(biāo)為（0，-h）的位置上．現(xiàn)加一方向沿y軸正方向、電場強(qiáng)度大小為E、范圍足夠大的勻強(qiáng)電場，同時(shí)給a球以某一速度使其沿x軸正方向運(yùn)動．當(dāng)b球到達(dá)坐標(biāo)系原點(diǎn)O時(shí)速度為v₀，此時(shí)立即撤去電場而改加一方向垂直于絕緣水平面向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、范圍足夠大的勻強(qiáng)磁場，最終b球能與a球相遇．求：
（1）b球的比荷q/m；
（2）從b球到達(dá)原點(diǎn)O開始至b球與a球相遇所需的時(shí)間；
（3）b球從開始位置運(yùn)動到原點(diǎn)O時(shí)，a球的位置．

Answer 1

分析：（1）b球在電場力作用下做勻加速運(yùn)動，電場力做功等于b球的動能變化，根據(jù)動能定理可求得b球的比荷

q

m

；
（2）b球到達(dá)原點(diǎn)O后在洛倫茲力作用下而做勻速圓周運(yùn)動，根據(jù)牛頓第二定律可求出圓周運(yùn)動的半徑，由圓周運(yùn)動知識求出周期T．如圖，b球只能與a球在圖中的S處相遇，即可根據(jù)周期性求出時(shí)間．
（3）a球從O點(diǎn)開始運(yùn)動到S點(diǎn)的過程中，b球先做勻加速直線運(yùn)動，后做勻速圓周運(yùn)動，a球做勻速直線運(yùn)動，兩球運(yùn)動的時(shí)間相同，即可得到a球從開始運(yùn)動到兩球相遇所用的時(shí)間，位移等于b球圓周運(yùn)動的直徑，由公式v=

x

t

可求出a球的速度，再由位移公式求解出撤去電場時(shí)，a球的位置坐標(biāo)．

解答：解：（1）b球受電場力作用做勻加速運(yùn)動，由動能定理得：qEh=

1

2

mv02
則b球的比荷為：

q

m

=

v02

2Eh

（2）b球運(yùn)動到原點(diǎn)后將在水平面上做勻速圓周運(yùn)動，所以有：qv0B=m

v02

R

T=

2πm

qB

=

4πhE

Bv02

 
b球只能與a球相遇在圖中的S處，相遇所需時(shí)間為：
t=(k+

1

2

)T=(k+

1

2

)

4πhE

Bv02

k=0、1、2、
（3）a球開始運(yùn)動到與b球相遇所用時(shí)間為：t'=t₁+t
其中t1=

2h

v0

a球通過的路程為為：OS=2R     
所以可得a球的速度：v=

OS

t′

故有：v=

2Ev0

Bv0+(2k+1)πE

則a球在x軸上的坐標(biāo)為：x0=vt1=

4Eh

Bv0+(2k+1)πE

（k=0、1、2、…）
a球的位置坐標(biāo)為：（

4Eh

Bv0+(2k+1)πE

，0）（k=0、1、2、…）
答：（1）b球的比荷

q

m

=

v02

2Eh

；
（2）從b球到達(dá)原點(diǎn)O開始至b球與a球相遇所需的時(shí)間為t=(k+

1

2

)

4πhE

Bv02

   k=0、1、2、…；
（3）b球從開始位置運(yùn)動到原點(diǎn)O時(shí)，a球的位置為（

4Eh

Bv0+(2k+1)πE

，0）（k=0、1、2、…）．

點(diǎn)評：點(diǎn)評：本題的解題關(guān)鍵是分析兩球的運(yùn)動過程，抓住兩球運(yùn)動的同時(shí)性，以及b球圓周運(yùn)動的周期性即可求出時(shí)間．