9(09·天津·11) (18分)如图所示,直角坐标系xOy位于竖直平面内,在水平的x轴下方存在匀强磁场和匀强电场,磁场的磁感应为B,方向垂直xOy平面向里,电场线平行于y轴。一质量为m、电荷量为q的带正电的小球,从y轴上的A点水平向右抛出,经x轴上的M点进入电场和磁场,恰能做匀速圆周运动,从x轴上的N点第一次离开电场和磁场,MN之间的距离为L,小球过M点时的速度方向与x轴的方向夹角为.不计空气阻力,重力加速度为g,求

(1)电场强度E的大小和方向;

(2)小球从A点抛出时初速度v0的大小;

(3)A点到x轴的高度h.

答案:(1),方向竖直向上  (2)    (3)

解析:本题考查平抛运动和带电小球在复合场中的运动。

(1)小球在电场、磁场中恰能做匀速圆周运动,说明电场力和重力平衡(恒力不能充当圆周运动的

向心力),有

                     ①

                    ②

重力的方向竖直向下,电场力方向只能向上,由于小球带正电,所以电场强度方向竖直向上。

(2)小球做匀速圆周运动,O′为圆心,MN为弦长,,如图所示。设半径为r,由几何关系知

                        ③

小球做匀速圆周运动的向心力由洛仑兹力白日提供,设小球做圆周运动的速率为v,有

                  ④

由速度的合成与分解知

                        ⑤

由③④⑤式得

                       ⑥

(3)设小球到M点时的竖直分速度为vy,它与水平分速度的关系为

                       ⑦

由匀变速直线运动规律

                      ⑧

由⑥⑦⑧式得

                     ⑨

10.(09·安徽·24)(20分)过山车是游乐场中常见的设施。下图是一种过山车的简易模型,它由水平轨道和在竖直平面内的三个圆形轨道组成,B、C、D分别是三个圆形轨道的最低点,B、C间距与C、D间距相等,半径。一个质量为kg的小球(视为质点),从轨道的左侧A点以的初速度沿轨道向右运动,A、B间距m。小球与水平轨道间的动摩擦因数,圆形轨道是光滑的。假设水平轨道足够长,圆形轨道间不相互重叠。重力加速度取,计算结果保留小数点后一位

数字。试求

  (1)小球在经过第一个圆形轨道的最高点时,轨道对小球作用力的大小;

  (2)如果小球恰能通过第二圆形轨道,B、C间距应是多少;

  (3)在满足(2)的条件下,如果要使小球不能脱离轨道,在第三个圆形轨道的设计中,半径应满足的条件;小球最终停留点与起点的距离。

答案:(1)10.0N;(2)12.5m(3) 当时, ;当时,

解析:(1)设小于经过第一个圆轨道的最高点时的速度为v1根据动能定理

           ①

  小球在最高点受到重力mg和轨道对它的作用力F,根据牛顿第二定律

                               ②

由①②得                            ③

(2)设小球在第二个圆轨道的最高点的速度为v2,由题意

                                ④

                ⑤

由④⑤得                           ⑥

(3)要保证小球不脱离轨道,可分两种情况进行讨论:

I.轨道半径较小时,小球恰能通过第三个圆轨道,设在最高点的速度为v3,应满足

                               ⑦

                  ⑧

由⑥⑦⑧得      

II.轨道半径较大时,小球上升的最大高度为R3,根据动能定理

        

解得         

为了保证圆轨道不重叠,R3最大值应满足

        

解得        R3=27.9m

综合I、II,要使小球不脱离轨道,则第三个圆轨道的半径须满足下面的条件

        

或       

时,小球最终焦停留点与起始点A的距离为L′,则

        

         

时,小球最终焦停留点与起始点A的距离为L〞,则

        

 0  445881  445889  445895  445899  445905  445907  445911  445917  445919  445925  445931  445935  445937  445941  445947  445949  445955  445959  445961  445965  445967  445971  445973  445975  445976  445977  445979  445980  445981  445983  445985  445989  445991  445995  445997  446001  446007  446009  446015  446019  446021  446025  446031  446037  446039  446045  446049  446051  446057  446061  446067  446075  447090 

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