在同时存在匀强电场和匀强磁场空间中取正交坐标系Oxyz(z轴正方向竖直向上),如图所示。已知电场方向沿z轴正方向,场强大小为E;磁场方向沿y轴正方向,磁感应强度的大小为B;重力加速度为g.问:一质量为m、带电量为+q的从原点出发的质点能否在坐标轴(x、y、z)上以速度v做匀速运动?若能,m、q、E、B、v及g应满足怎样的关系?若不能,说明理由。
已知带电质点受到的电场力qE,方向沿z轴正方向;质点受到的重力为mg,沿z轴的负方向。假设质点在x轴上做匀速运动,则它受的洛伦兹力沿z轴正方向(当v沿x轴正方向)或沿z轴负方向(当v沿x轴负方向),要质点做匀速运动必分别有
qvB+qE=mg ①
或 qE=qvB+mg ②
假设质点在y轴上做匀速运动,则无论沿y轴正方向还是负方向,洛伦兹力都为0,要质点做匀速运动必有
qE=mg ③
假设质点在z轴上做匀速运动,则它受的洛伦兹力必平行于x轴,而电场力和重力都平行于z轴,三力的合力不可能为0,与假设矛盾,做质点不可能在z轴上做匀速运动。