Question

如图所示，虚折线DAC为两个场区的分界线，场区I中存在竖直向上的匀强电场E₁，场区II中存在竖直向下的匀强电场E₂和垂直纸面向里的匀强磁场B，虚线AC水平，DA与竖直方向的夹角为θ．一个可视为质点的质量为m、带电量为-q的小球从A点正上方H处由静止开始释放，从A点进入下方场区，再依次经过场区Ⅱ和场区I后恰好经过A点．已知E_l=E₂==0.1N/C，B=0.1T，θ=45°，
g取l0m/s²．不计空气阻力．求：
（1）小球开始下落时距么的高度H；
（2）小球第二次经过么点时速度的大小和方向；
（3）小球从开始下落至第二次经过A点所需要的时间t（计算时取π=3）

Answer 1

【答案】分析：带电小球从静止开始做匀加速运动，小球进入下方场区Ⅱ后，由于重力与电场力平衡，小球做匀速圆周运动．根据几何知识可知小球经过圆弧到达边界DA上F点，进入场区Ⅰ后，小球做类平抛运动到A．根据动能定理、牛顿第二定律、运动式求解．
解答：解：（1）带电小球从静止开始做匀加速运动，设进入下方场区Ⅱ时速度为v₁，
          由动能定理，得（mg+qE₁）H=
      在场区Ⅱ中      由qv₁B=m
      在场区Ⅰ中，由R=v₁t，R=   a=
         联立解得H=0.025m．
    （2）小球第二次到达A时，水平分速度v_x=v₁=1m/s，
         竖直分速度v_y=at=2m/s
         根据速度合成，小球第二次经过A点时速度的大小
          v==
     设速度方向与AC夹角为α
         tanα==2   α=arctan2
    （3）小球匀加速下落时间为t₁，
        由H=，得t₁=0.05s
       小球在场区Ⅱ中运动时间t₂===
       小球在场区Ⅰ中做类平抛运动的时间
             t₃==0.1s
故小球从开始下落至第二次经过A点所需要的时间t=t₁+t₂+t₃=0.6s
答：
（1）小球开始下落时距么的高度H为0.025m；
（2）小球第二次经过么点时速度的大小为，方向与AC夹角为arctan2；
（3）小球从开始下落至第二次经过A点所需要的时间t=0.6s．
点评：本题考查综合运用牛顿定律、动能定理、运动学公式等知识的能力，本题难度不大，只要有耐心，能够正确作答的．