题目内容

(19分)如图所示平面直角坐标系xoy位于竖直平面内,在坐标系的整个空间存在竖直向上的匀强电场,在区域Ⅰ(0≤x≤L)还存在匀强磁场,磁场方向垂直于xoy平面向里。在x轴上方有一光滑弧形轨道PQ,PQ两点间竖直高度差为。弧形轨道PQ末端水平,端口为Q (3L,);某时刻一质量为m、带电荷量为+q的小球b从y轴上的M点进入区域I,其速度方向沿x轴正方向;小球b在I区内做匀速圆周运动。b进入磁场的同时,另一个质量也为m、带电荷量为-q的小球a从P点由静止释放。两小球刚好在x=2L上的N点(没具体画出)反向等速率相碰。重力加速度为g。

求:(l)电场强度E;
(2)a球到达N点时的速度v;
(3)M点的坐标。

(1)(2)与水平方向夹角为(3)(0,

解析试题分析:(1)有小球b在Ⅰ区做匀速圆周运动,有,解得:
(2)设a小球到Q处的水平速度为,则a小球从P到Q,由动能定理得:
解得
a小球从P到Q,做类平抛运动,加速度为a

在x方向:
在y方向:
t时刻y方向的分速度为
a小球到N时的速度的大小为
速度与水平方向夹角为
(3)由于a、b两小球刚好在x=2L上的N点(没具体画出)反向等速率相碰,则b在离开磁场A位置时速度也为,且方向与x轴成45°,如图所示

由几何关系得b在磁场中的轨迹半径
A到x的距离为
M到x的距离为
即M点的坐标为(0,
考点:物体的平衡 动能定理 带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动 平抛运动规律

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