Question

如图所示，一根水平光滑的绝缘直槽轨连接一个竖直放置的半径为R=0.50m的绝缘光滑槽轨．槽轨处在垂直纸面向外的匀强磁场中，磁感应强度B=0.50T．有一个质量m=0.10g，带电量为q=+1.6×10^-3C的小球在水平轨道上向右运动．若小球恰好能通过最高点，重力加速度g=10m/s²．试求：
（1）小球在最高点所受的洛伦兹力F；
（2）小球的初速度v₀．

Answer 1

分析：（1）小球恰好通过最高点时，轨道对球无作用力，向心力等于重力和洛伦兹力的合力，由F向=m

v2

R

，可知在最高点时的速度和受到的洛伦兹力．
（2）从水平轨道到最高点的过程中，只有重力做功，由机械能守恒可得知小球的初速度．

解答：解析：（1）设小球在最高点的速度为v，则小球在最高点所受洛伦兹力为：
F=qvB…①
方向竖直向上；由于小球恰好能通过最高点，故小球在最高点由洛伦兹力和重力共同提供向心力，即：
mg-F=

mv2

R

…②
①②两式联立得：v=1m/s，F=8×10^-4N
（2）由于无摩擦力，且洛伦兹力不做功，所以小球在运动过程中机械能守恒，由机械能守恒定律可得：

1

2

m

v

2 0

=mgh+

1

2

mv²…③
其中h=2R…④
解得：v₀=

21

m/s
答：（1）小球在最高点所受的洛伦兹力8×10^-4N；
（2）小球的初速度v₀为

21

m/s

点评：解答该题要挖掘出恰能通过圆形轨道的最高点所隐藏的隐含条件，就是对轨道无压力，该题在此时提供向心力的是重力和洛伦兹力的合力，这是解决此题的关键．