1. 如圖11所示,一質量為 m、帶正電荷 q 的小球以一端固定的細繩懸掛著,繩長為 L,系統置於均勻的磁場中,磁場 B 的方向垂直穿入紙面。開始時靜止的小球擺角與鉛直線夾 θi,釋放後帶電小球向左擺動,設其左側最大擺角與鉛直線夾 θf。若摩擦力與空氣阻力均可忽略,重力加速度為 g 而小球在最低點的速率為 v,則下列關於小球受力與運動狀態的關係式或敍述,哪些正確?
    (A) θi<θf
    (B) 在擺動過程中,磁力不對小球作功
    (C) 在擺動過程中,重力對小球永遠作正功
    (D) 小球在第一次通過最低點時,繩子的張力 T=mg+qvB+mv2L
    (E) 小球在運動過程中所受的重力及磁力均為定值

圖11

 


詳解
當小球速度為 v→B 時受到的磁力
image
磁力不對小球作功,B正確。磁力量值與速度有關,E錯誤。

由於小球受到向下的重力 mg、沿著法線方向的張力 T、與速度方向垂直的磁力 FB,其中 TFB 皆與速度方向垂直,不對小球作功,小球力學能守恆,因此A正確。

當小球向下移動時,重力對小球作正功;當小球向上移動時,重力對小球作負功;C錯誤。

小球第一次通過最低點時速度 v 向左,所受磁力 FB=qvB 向下,由於小球所受合力當作向心力,因此
image
D正確。

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