题目内容
如图,水平地面上方有绝缘弹性竖直档板,板高h=9m,与板等高处有一水平放置的篮筐,筐口的中心离挡板s=3m.板的左侧以及板上端与筐口的连线上方存在匀强磁场和匀强电场,磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度B=1T;质量
、电量
、视为质点的带电小球从挡板最下端,以某一速度水平射入场中做匀速圆周运动,若与档板相碰就以原速率弹回,且碰撞时间不计,碰撞时电量不变,小球最后都能从筐口的中心处落入筐中(不考虑与地面碰撞后反弹入筐情况),
,求:
(1)电场强度的大小与方向;
(2)小球从出发到落入筐中的运动时间的可能取值。(计算结果可以用分数和保留π值表示)
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(1) (3分)
解:(1)因小球能做匀速圆周运动,所以有:
…………1分
…………1分
方向竖直向下 …………1分
(2)(15分)
洛仑兹力提供向心力有:
…………1分 且
…………1分
得:
…………1分
因为速度方向与半径方向垂直,圆心必在档板的竖直线上
………1分
设小球与档板碰撞n次,其最大半径为
…………1分
要击中目标必有:
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n只能取0 , 1 …………1分
当n=0,即为图1中
解得
……1分
在图1中由几何知识有:
∴
=37° …………1分
对应小球运动时间最短tmin=
=
s ……1分
当n=1,时可得:
…………1分
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解得:R1=3m, R2=3.75m …………1分
R1=3m时由如图2中的 ②
运动轨迹可知:
运动时间t=
=
s …………1分
R2=3.75m时运动时间最长,其运动轨迹如图2中的轨迹 ①
所示,由几何知识有:cosβ=
=
∴β=37° …………1分
则tmax=
=
s …………1分
所以时间的可能值为:
s,
s(或
)
s …………1分
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