题目内容

【题目】如图所示,光滑平台处于水平向右的匀强电场中(图中区域Ⅰ),其场强,区域Ⅱ存在竖直向上的匀强电场,区域Ⅲ存在正交的匀强电场和匀强磁场,一质量为m、带电量为+q的小球从A点无初速度释放,AO距离为L,OO1的距离也为L。小球恰经过O1点上方处的P点再进入区域Ⅲ做匀速圆周运动后又能无碰撞地滑上平台并刚好回到A点。重力加速度为g,求:

(1)区域Ⅲ内电场的电场强度E3;

(2)区域Ⅲ内匀强磁场的磁感应强度B;

(3)小球从A点开始至回到A点的运动时间t。

【答案】(1);(2);(3)

【解析】

根据题意,作出小球的运动轨迹示意如图所示。

(1)小球在区域Ⅲ做匀速圆周运动,则:

解得:

(2)小球在区域Ⅰ内做匀加速运动,设到达O点时速度为v0,由动能定理有:

小球从O到P做类平抛运动,设经过时间t2到达P点,速度为v,有:

加速度为:

位移为:

设小球从O1N边界进入区域Ⅲ时速度与O1N的夹角为θ,有:

小球在区域Ⅲ内做匀速圆周运动,有:

联解解得:

(3)根据题意:从A到O,小球做匀加速运动,有:

小球在区域Ⅲ内做匀速圆周运动,有:

对小球运动全程,有:

联立解得:

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