如图所示,虚线lll2、将无重力场的空间分成三个区域,I区内存在水平向右的匀强电场E和垂直纸面向里的匀强磁场Bl,Ⅱ区内以水平线CO为分界,上方存在着竖直向上的匀强电场E2,

◎ 题目

如图所示,虚线 lll2、将无重力场的空间分成三个区域,I 区内存在水平向右的匀强电场E和垂直纸面向里的匀强磁场Bl,Ⅱ区内以水平线 CO 为分界,上方存在着竖直向上的匀强电场E2,下方存在着竖直向下的匀强电场E3Ⅲ区内存在以l2为左边界、右边无界的垂直纸面向里的匀强磁场B2,在 I 区内有一段粗糙、长为 L 的水平放置塑料直管道 AC,一可视为质点的带正电小球(直径比管内径略小)的质量为 m、带电量为 q,现将小球从管道内 A 处由静止释放,运动至管道内离 A 点距离为 L0 的 B 点处时达到稳定速度 v0,后进入Ⅱ区向下偏转,从边界l2上的 D 点进入Ⅲ区,此时速度方向与水平方向的夹角为β,最后小球恰能无碰撞的从 C处进入管道.已知:
q
m
=0.01C/kg,E1=l00N/C,E2=E3=300N/C,β=600,Bl=103T,L=5m L 0=4m小球与管道间动摩擦因数为μ=0.1,求:
( l )小球在管道内运动的稳定速度 v0 值;
( 2 )Ⅲ区内匀强磁场 B2的值; 
( 3 )从 A 处开始至从 C 处进入管道的过程中,小球的运动时间t.
魔方格

◎ 答案


(1)小球在管道内达到稳定速度时,合力为零,在水平方向上有:
         qE1=μqv0B1
         解得:v0=
E1
μB1
=
100
0.1×103
=1m/s

(2)小球在从C到D的过程中,做类平抛运动,设加速度为a,在D点时竖直方向上的分速度为vy,OD间的距离为d,在D点时,速度关系为:
         tanβ=
vy
v0

代入数据解得:
        vy=

3
m/s

在竖直方向上,由运动学公式有:
        
v2y
=2ad

由牛顿运动定律有:
         qE3=ma
魔方格

以上两式联立并代入数据得:
          d=0.5m
根据题意,为保证小球能无碰撞的从C处进入管道,小球在Ⅲ区内做匀速圆周运动的圆弧是关于CO对称的,圆心O'必在CO的延长线上.(如图所示)
由几何关系得:
          R=
d
sin30°
=
0.5
0.5
=1m

          vD=

v20
+
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