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(2007•苏州二模)如图所示,一长为L的薄壁玻璃管放置在水平面上,在玻璃管的a端放置一个直径比玻璃管直径略小的小球,小

来源:学生作业帮 编辑:拍题作业网作业帮 分类:物理作业 时间:2024/05/23 23:51:19
(2007•苏州二模)如图所示,一长为L的薄壁玻璃管放置在水平面上,在玻璃管的a端放置一个直径比玻璃管直径略小的小球,小球带负电,电荷量为q、质量为m.玻璃管右边的空间存在方向竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场.磁场的左边界与玻璃管平行,右边界足够远.玻璃管和小球一起以水平速度v0垂直于左边界向右运动,由于外力的作用,玻璃管进入磁场后速度保持不变,经一段时间后小球从玻璃管凸端滑出.设运动过程中小球的电荷量保持不变,不计一切摩擦.求
(1)小球从玻璃管b端滑出时的速度;
(2)从玻璃管进入磁场至小球从b端滑出的过程中,外力所做的功W1
(3)从玻璃管进入磁场至小球从b端滑出的过程中,洛伦兹力对带电小球所做的功W2
(1)如图所示,小球管中运动的加速度为:
 a=
Fy
m=
Bqv0
m…①
设小球运动至b端时的y方向速度分量为vy
则:vy2=2aL…②
又:v=
v02+vy2…③
由①~③式,可解得小球运动至b端时速度大小为:
v=
v02+
2Bqv0L
m
设v的方向与v0的方向夹角为θ,则
tanθ=
vy
v0=

2BqL
v0m
所以θ=arctan

2BqL
v0m
(2)根据功能关系可知,从玻璃管进入磁场至小球从b端滑出的过程中,外力所做的功应等于带电小球动能的增加量,即
W1=
1
2m(v2−v02)
解得:W1=BqLv0
(3)从玻璃管进入磁场至小球从b端滑出的过程中,小球所受洛伦兹力的方向始终与运动方向垂直,所以洛伦兹力不做功,即
W2=0
(1)小球从玻璃管b端滑出
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