题目内容

如图所示,矩形区域MNPQ内有水平向右的匀强电场;在y≥0的区域内还存在垂直于坐标平面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B。半径为R的光滑绝缘空心半圆细管ADO固定在竖直平面内,半圆管的一半处于电场中,圆心O1为MN的中点,直径AO垂直于水平虚线MN。一质量为m、电荷量为q的带正电小球(可视为质点)从半圆管的A点由静止滑入管内,从O点穿出后恰好通过O点正下方的C点。已知重力加速度为g,电场强度的大小。求:

⑴小球到达O点时,半圆管对它作用力的大小;

⑵矩形区域MNPQ的高度H和宽度L应满足的条件;

⑶从O点开始计时,经过多长时间小球的动能最小?

 


⑴从A→O过程,由动能定理得 (2分)

(1分)

   在O点,由(2分)    得  (1分)

    (2)小球从O→C 过程: 水平方向做匀减速运动,竖直方向做自由落体运动

               

       设向左减速时间为t                (1分)

水平位移大小(1分)  竖直位移大小(1分)

       

       高度满足条件(1分)   宽度应满足条件(1分)

     ⑶法一:以合力F合方向、垂直于合力方向分别建立x-y坐标系,并将速度分别沿x、y方向分解,当F合与速度v垂直时,小球的动能最小,设经过的时间为t

          (1分)

考虑y方向的分运动初速度 ,末速度为零(1分)

加速度(1分)

 

   (2分)

法二: 当F合与速度v的方向垂直时,小球的动能最小,设经过的时间为t

=,

 

 
可解得

法三:

当时, 函数有最小值,动能有最小值。

 


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