题目内容

(18分)在如图所示的空间里,存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为。在竖直方向存在交替变化的匀强电场(竖直向上为正),电场大小为。一倾角为θ、长度足够的光滑绝缘斜面放置在此空间。斜面上有一质量为m,带电量为-q的小球,从t=0时刻由静止开始沿斜面下滑,设第1秒内小球不会离开斜面,重力加速度为g。求:

(1)第1秒末小球的速度。

(2)第2秒内小球离开斜面的最大距离。

(3)若假设第5秒内小球未离开斜面,θ角应满足什么条件?

 

(1)v=2gsinθ

(2)d=

(3)θ≤arctan

解析:(1)设第一秒内小球在斜面上运动的加速度为a,由牛顿第二定律,得 (mg+qE0)sinθ=ma,(2分)

第一秒末的速度为:v=at1,  (2分) v=2gsinθ,(1分)

(2)第二秒内:qE0=mg,(2分)  所以小球将离开斜面在上方做匀速圆周运动,则圆周运动的周期为:,(2分) 由向心力公式得,,小球离开斜面的最大距离为:d=2R= (2分)

(3)由题图可知,小球在奇数秒内沿斜面做匀加速运动,在偶数秒内离开斜面做完整的圆周运动。(2分)  所以,第5秒末的速度为:v5=a(t1+t3+t5)=6gsinθ,  (2分)    

又因为:Bqv′≤(mg+qE)cosθ  (2分)   所以θ≤arctan(1分)

 

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