题目内容

如图所示,在光滑绝缘水平面上平放着一内壁光滑、绝缘的空心细管,管内M端有一带正电的小球P,在距离管的N端正右方2h的A1处有另一不带电的小球Q,存足够大空间区域有竖直向下的匀强磁场,磁感强皮为B。现让细管以垂直管长方向的速度v1水平向右匀速运动,同时让Q以某速度v2从A1点出发沿A1A2匀速运动,细管运动到A1处时,A1A2与细管延长线的夹角为45°。若小球P恰好在A处相对水平面以速度离开管的N端,一段时间后与Q相碰,试求:
(1)P的带电量与质量之比的大小;
(2)v2的人小。
(1)设P的电量为q、质量为m,P因参与v1运动而受到指向N端的洛伦兹力,其值为

P在管中的运动会使它受到另一个向左的洛伦兹力,此力被管壁施予P向右的力所抵消。P对应有指向N端的加速度
                         ①
设P从M端到达N端t1,到达N端时沿管长方向的速度大小为u。
                              ②
                                ③
                       ④
由③可得:                       ⑤
由①②③⑤可得:              ⑥
(2)P离开管后将在水平面上作匀速圆周运动其速度为:

                            ⑦

                              ⑧

P恰好在A1位置离开管的N端,离开管后最终只可能与Q在图中S处相碰,Q从开始运动到P相碰撞经历的时间为:
(n=0、1、2、3……)⑨
在这段时间内Q小球恰好走过2r的路程,则
                        ⑩
解得:        (11)
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