题目内容

如图所示,粗糙绝缘水平面上静放带正电小物块,小物块的比荷为k,与水平面间动摩擦因数为。在物块右侧距物块L处有一范围足够大的匀强场区,场区内同时存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场,已知匀强电场的方向竖直向上,场强大小恰好等于当地重力加速度的1/k,匀强磁场垂直纸面向里,磁感应强度为B。现给物块一水平向右的初速度,使其沿水平面运动并进入右侧场区,当物块从场区飞出后恰好能落到出发点。设运动过程中物块带电量保持不变,重力加速度为g。
   (1)定性画出小物块从开始运动到落回出发点的运动轨迹;
   (2)求出物块刚进入场区时的速度;
   (3)计算物块从开始运动到刚好进入场区所用的时间。
解:(1)物块进入场区间在摩擦力作用下做匀减速运动,设物块质量为,带电量为q,根据题中条件可得: …………(1) 即带电物块进入场区后恰好可在竖直平面内做匀速圆周运动,离开场区后平抛。运动轨迹如图(图略) (2)设物块进入场区速度为,做圆周运动的轨道半径为R,则 …………(2) 物块离开场区后做平抛运动,经时间落地。根据题意,应满足 …………(3) …………(4) 解(2)(3)(4)式可得: (3)设物块开始运动时速度为,加速度的大小为,进入场区间所用时间为,则: …………(5) …………(6) …………(7) 解(5)(6)(7)可得: 或根据 …………(8) 得: 本题共20分,其中①②③④⑤⑥⑦或⑧每式2分,绘图2分,(2)(3)问计算结果各2分。其它方法正确可得分。
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