二、如圖12所示,一垂直架設且固定於地面的圓環,內側有一用絕緣材料製成的光滑軌道,軌道半徑為R,圓心為O。設重力加速度為g,若將質量為M及帶正電荷電量為Q的小球(視為質點),從P點(高度為R)以初速度V沿軌道向下射出,試回答下列各問題:

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1.     小球之初速度V至少需為多少,方能作完整的圓周運動?(3分)

2.     若於此圓形軌道區域內施加與地面垂直向下之均勻電場E,則小球之初速度V至少需為多少,方能作完整的圓周運動?(4分)

3.     將第2小題的電場改為垂直射出紙面之均勻磁場B,並於P點以初速度V0射出小球,則小球到達圓環底部的過程中,磁場對小球所作的功為若干?為什麽?(3分)

 

參考解析

第一小題

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第二小題

方法一

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方法二

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第三小題

磁場對小球所作的功為零。 因為施加射出紙面方向之磁場 B  時,小球所受磁力 F =Qv B  ,雖然各點的速度不同,但 受力方向永遠為離心方向,與小球運動方向垂直故不作功。

 


 


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