这题当时挺折腾人。题干老长了,一个带电磁场的绝缘板,物体滑来滑去,还碰来碰去。开头就说“PR是一块长为L=4 m的绝缘平板固定在水平地面上,整个空间有一个平行于PR的匀强电场E,在板的右半部分有一个垂直于纸面向外的匀强磁场B”。
第一步:带电性质判断
题里给条件,“进入磁场后恰能做匀速运动”。进磁场能做匀速直线运动的,必须是洛伦兹力把其他力给平衡了。磁场里还受摩擦力呢,想匀速,电场力得和摩擦力同向来抵消才行。根据“当物体碰到板R端的挡板后被弹回,若在碰撞瞬间撤去电场,物体返回时在磁场中仍做匀速运动”这个条件,返回没电场了还能匀速,说明之前电场力方向和运动方向是反的。综合下来,物体带的是正电荷。这步判断错了后面全完。
第二步:碰撞前后速度v1和v2
题干给了关键距离,“离开磁场后做匀减速运动停在C点,PC=L/4”。L是4米,PC就是1米。匀减速阶段没电场没磁场,就一个摩擦力μmg让它停,加速度a=μg=4 m/s²。用公式v2² = 2a PC,倒着推回来,v2 = √(241) = √8 ≈ 2.83 m/s。
v1是在磁场里碰挡板前的速度。它从磁场左边界到R端,过程是匀速的,所以v1的大小直接就等于它进磁场时的速度。出磁场后减速到v2,说明v1 > v2。
第三步:磁感应强度B
这里有个核心套路:“物体返回时在磁场中仍做匀速运动”。这时候电场已经撤了,但磁场还在。物体从R端被弹回,速度反向,大小为v2,它还能在磁场里匀速。说明啥?说明此时洛伦兹力qv2B必须刚好和滑动摩擦力大小相等、方向相反,把它给平衡掉。所以有方程:qv2B = μmg。数据m=0.1kg,q=0.5C,μ=0.4,g=10,v2刚算出来√8。直接代数:0.5 √8 B = 0.40.110 => 0.52.828B = 0.4 => 1.414B = 0.4 => B ≈ 0.4 / 1.414 ≈ 0.283 T。
第四步:电场强度E的大小和方向
分两段分析。碰前,物体在磁场里匀速,受力平衡:向左的电场力qE + 向左的摩擦力μmg = 向右的洛伦兹力qv1B。所以 qE + μmg = qv1B。
还得求v1。物体从P点开始,在无磁场只有电场的左半段(L/2=2米)做匀加速。加速度由电场力qE和摩擦力μmg合力产生,设向右为正,a1 = (qE
碰后在磁场外匀减速,从v2减到0,这段已知了。
但最直接的,可以用“能量”或“全过程”的思路来简化。物体从P到碰前,电场力做正功(电场方向若向右),摩擦力全程做负功。不过根据前面判断的正电荷和磁场中匀速条件,电场方向其实是向左的,那么电场力在P到进入磁场段做的是负功。这题计算量就在这儿,需要联立几个方程。
把B=0.283T,v2=2.83m/s代入碰后磁场匀速条件(洛伦兹力=摩擦力),其实刚才用过了。再联立碰前磁场匀速:qE + μmg = qv1B,以及无磁场匀加速段:v1² = 2 [(qE
三个方程,三个未知数E、v1、和验证的B。解出来E大约是一个具体数值,方向水平向左(平行于PR)。
拿来就能用的压轴题套路口诀:
1. “磁场匀速先判电”:凡是说“进入磁场后匀速”,先别算数,立刻分析受力,判断电场力方向和带电性,这是全题的钥匙。
2. “弹回匀速看摩擦”:如果碰撞后撤了电场,物体在磁场里返回还能匀速,核心方程立马出来:洛伦兹力 = 滑动摩擦力(qvB = μmg),这里速度是碰后速度。
3. “无磁运动两头夹”:没有磁场的纯匀变速运动段,往往用来求加速度和连接两个速度,是联系前后状态的桥梁。
4. “联立方程靠能量”:这种多过程题,纯运动学方程联立容易乱。可以尝试用动能定理,把电场力功、摩擦力功、洛伦兹力不做功(它永不做功!)这些特点用上,常常能简化计算。
高频考点提醒:
注意“整个空间有平行于PR的匀强电场E”,意思是电场覆盖整个区域,不光是板的左边或右边。