Question

如圖所示，水平地面上方有一絕緣彈性豎直薄檔板，板高h(yuǎn)=3 m，與板等高處有一水平放置的小籃筐，筐口的中心距擋板s=1 m。整個空間存在勻強磁場和勻強電場，磁場方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強度B=1T，而勻強電場未在圖中畫出；質(zhì)量m=1×10-3kg、電量q=﹣1×10-3C的帶電小球(視為質(zhì)點)，自擋板下端的左側(cè)以某一水平速度v0開始向左運動，恰能做勻速圓周運動，若小球與檔板相碰后以原速率彈回，且碰撞時間不計，碰撞時電量不變，小球最后都能從筐口的中心處落入筐中。(g取10m/s2，可能會用到三角函數(shù)值sin37°=0.6，cos37°=0.8)。試求：

(1)電場強度的大小與方向； (2)小球運動的可能最大速率；

(3)小球運動的可能最長時間。

Answer 1

解：（1）小球做勻速圓周運動，則

故   方向豎直向下

 （2）若小球速率最大，則運動半徑最大，如軌跡①所示

     

     得

由

 

（3）因為速度方向與半徑垂直，圓心必在擋板所在的豎直線上

  且

小球與擋板碰撞n次后落入筐中，則有：

   得：n<1.5

故n可取0或1才能保證小球落入筐中

當(dāng)n=0時，即為（2）問中的解

當(dāng)n=1時，有

  

得：，運動軌跡如圖中②所示

 或者 ，運動軌跡如圖中③所示

以軌跡③運動，小球用時最長，則有

     

    

  故，

軌跡③運動對應(yīng)的圓心角

運動最長時間為：