Question

如圖所示，PQ是一固定在水平地面上足夠長(zhǎng)的絕緣平板（右側(cè)有擋板），整個(gè)空間有平行于平板向左、場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)，在板上C點(diǎn)的右側(cè)有一個(gè)垂直于紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．一個(gè)質(zhì)量為m，電荷量為q的小物塊，從C點(diǎn)由靜止開(kāi)始向右先做加速運(yùn)動(dòng)再做勻速運(yùn)動(dòng)．當(dāng)物體碰到右端擋板后被彈回，若在碰撞瞬間撤去電場(chǎng)，小物塊返回時(shí)在磁場(chǎng)中恰做勻速運(yùn)動(dòng)．已知平板QC部分的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，物塊與平板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ求：
（1）判斷物塊的電性；
（2）小物塊向右運(yùn)動(dòng)過(guò)程中克服摩擦力做的功；
（3）小物塊與右端擋板碰撞過(guò)程損失的機(jī)械能．

Answer 1

分析：（1）由物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可知粒子受到的電場(chǎng)力方向，則可得出物塊的電性
（2）小物塊向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，由平衡條件列出等式．由動(dòng)能定理研究小物塊在向右運(yùn)動(dòng)過(guò)程，列出等式求出克服摩擦力做的功．
（3）由平衡條件得物體被擋板彈回后做勻速直線運(yùn)動(dòng)的速度，由功能關(guān)系可求得損失的機(jī)械能．

解答：解：（1）物體由靜止開(kāi)始向右做勻加速運(yùn)動(dòng)，所以物塊受向右的電場(chǎng)力，而電場(chǎng)方向向左，所以物體帶負(fù)電．
（2）設(shè)小物塊向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度大小為v₁，由左手定則可得出洛侖茲力方向向下，
由平衡條件有：qE-μ（mg+qv₁B）=0…①
設(shè)小物塊在向右運(yùn)動(dòng)過(guò)程中克服摩擦力做的功為W，由動(dòng)能定理有：
 qEL-W=

1

2

m

v

2 1

-0…②
由①②式解得：v1=

qE-μmg

μqB

…③
               W=qEL-

m(qE-μmg)2

2μ2q2B2

…④
（3）設(shè)小物塊返回時(shí)在磁場(chǎng)中勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小為v₂，與右端擋板碰撞過(guò)程損失的機(jī)械能為△E，
物體被擋板彈回后做勻速直線運(yùn)動(dòng)，由平衡條件有：
qv₂B-mg=0…⑤
根據(jù)功能關(guān)系可得碰撞過(guò)程損失的機(jī)械能等于動(dòng)能的減小量，即：
△E=

1

2

m

v

2 1

-

1

2

m

v

2 2

…⑥
由③⑤⑥式解得：△E=

m(qE-μmg)2-μ2m3g2

2μ2q2B2

答：（1）物體帶負(fù)電；
（2）小物塊向右運(yùn)動(dòng)過(guò)程中克服摩擦力做的功是qEL-

m(qE-μmg)2

2μ2q2B2

；
（3）小物塊與右端擋板碰撞過(guò)程損失的機(jī)械能是

m(qE-μmg)2-μ2m3g2

2μ2q2B2

．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，解答此類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵是，對(duì)物體正確受力分析，明確運(yùn)動(dòng)過(guò)程，然后依據(jù)相關(guān)規(guī)律求解．
要注意電場(chǎng)力做功取決于電勢(shì)差而洛侖茲力不做功，故應(yīng)用功能關(guān)系解決一般的運(yùn)動(dòng)較為簡(jiǎn)單．