题目内容
如图所示,是位于足够大的绝缘光滑水平桌面内的平面直角坐标系,虚线MN是∠
的角平分线.在MN的左侧区域,存在着沿
轴负方向、场强为E的匀强电场;在MN的右侧区域,存在着方向竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场,现有一带负电的小球
从y轴上的P(0,L)点,在电场力作用下由静止开始运动,小球
到达虚线MN上的Q点时与另一个不带电的静止小球
发生碰撞,碰后两小球粘合在一起进入磁场,它们穿出磁场的位置恰好在O点.若
、
两小球的质量相等且均可视为质点,
、
碰撞过程中无电荷量损失,不计重力作用.求:
(1)小球的比荷
(即电荷量与质量之比);
(2)过O点后,粘在一起的两个小球再次到达虚线MN上的位置坐标(结果用E、B、L表示).
(1)设的质量为
、电荷量为
,
与
碰撞前后的速度大小分别为
、
,碰后两球在磁场中运动的轨道半径为R.
在电场中做匀加速直线运动,由动能定理得:
(2分)
与
碰撞中动量守恒,有:
(2分)解得
(2分)
由题意知,Q点的位置坐标一定是(L,L),且碰后两球在磁场中做匀速圆周运动的圆心O1一定在轴上,如图,所以R=L(2分)由洛伦兹力提供向心力有:
(2分)故有
(2分)
(2)过O点后,两球以沿轴正方向的初速度
在电场中做类平抛运动,设它们再次到达虚线MN上的位置坐标为
,在电场中运动的时间为
由运动学公式的:
(2分)
(2分)且
(2分)解得:
,所以两球再次到达虚线MN上的位置坐标是
解析
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