题目内容

精英家教网如图所示,在足够大的空间范围内,同时存在竖直向上匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场,磁感强度B=
π
2
T
,小球1带正电,其电量和质量比
q1
m1
=4C/kg,所受重力与电场力大小相等;小球2不带电,静止放置于固定的水平悬空小支架上.小球1向右以v0=
15π
2
m/s
的水平速度与小球2正碰,碰后经过t=0.75s再次相碰.设碰撞前后两小球带电情况不发生改变,且始终保持在同一竖直平面内.(g=10m/s2)问:
(1)电场强度E的大小是多少?
(2)两小球的质量之比
m2
m1
多少?
分析:(1)根据小球所受重力和电场力平衡求出电场强度E的大小.
(2)根据带电粒子在磁场中运动的周期公式求出周期的大小,经t=0.75s第二次又相碰,这说明了小球1经过了
3
4
T
与小球2再次相碰,那小球2的平抛运动水平位移和竖直高度都等于小球1转动的半径R.根据平抛运动的知识求出半径的大小以及小球2碰后的速度,根据洛伦兹力提供向心力求出小球1的速度,结合动量守恒定律求出两小球的质量比.
解答:解:(1)设电场强度为E,由题意有:
qE=mg
解得E=2.5N/C
(2)设小球1碰后做匀速圆周运动的周期为T,半径为R
T=
2πm1
q1B
=1.0s.
经t=0.75s第二次又相碰,这说明了小球1经过了
3
4
T
与小球2再次相碰,那小球2的平抛运动水平位移和竖直高度都等于小球1转动的半径R.设1、2两球碰后的速度分别为v1和v2,所以有:
R=
1
2
gt2=
45
16
m

v2=
R
t
=
15
4
m/s
.
又有qv1B=m
v12
R

v1=
45π
8
m/s

又m1v0=m1v1+m2v2
将以上各速度代入可求得:
m2
m1
=
7π
2
.
答:(1)电场强度E的大小是2.5N/C.
(2)两小球的质量之比
m2
m1
为
7π
2
.
点评:本题综合考查了动量守恒、平抛运动、圆周运动等主要知识,在解答中要注意通过分析得出主要的运动过程,再由题目给出的条件列式计算出我们需要的数据;本题对学生的分析问题能力要求较高,是道好题.
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