(1)尘粒在磁场Ⅰ中运动时,根据动能定理,得
mgd=
1
2 m v 2 ,得到v=
2gd
(2)尘粒在Ⅱ区域中做匀速圆周运动,则有mg=qE
得到E=
mg
q ,方向竖直向上,说明尘粒带正电.
根据几何知识求出尘粒匀速圆周运动的半径R=
L
2sinα
由牛顿第二定律,得qvB=m
v 2
R ,代入解得
B=
2m
2gd sinα
qL
(3)尘粒在磁场Ⅰ中运动时,受到重力和洛伦兹力,将尘粒的运动分解为水平和竖直两个方向,将洛伦兹力也分解为水平和竖直两个方向.
如图.
对水平方向用牛顿第二定律,得
F
x =ma
x
qv
y B=ma
x =m
△ v x
△t
则有qv
y B△t=m△v
x ∑qv
y B△t=∑m△v
x 得到qBy=mv
由题微粒恰好能进入Ⅱ区域时,则速度v与Ⅰ、Ⅱ界面平行
由动能定理,得mgy=
1
2 m v 2
代入解得y=
2 m 2 g
B 2 q
故欲使微粒能进入Ⅱ区域,区域Ⅰ宽度d应满足的条件d<
2 m 2 g
B 2 q .
答:(1)该尘粒在进入Ⅱ区域时的速率为
2gd .
(2)匀强电场的电场强度和匀强磁场的磁感应强度的大小为
2m
2gd sinα
qL .
(3)欲使微粒能进入Ⅱ区域,区域Ⅰ宽度d应满足的条件是d<
2 m 2 g
B 2 q .