解题思路:(1)小球做匀速圆周运动,故电场力与重力平衡,根据平衡条件列式求解;
(2)洛伦兹力提供向心力,故半径越大,速度越大,当小球不与挡板相碰直接飞入框中,其运动半径最大,根据几何关系求解出半径,然后求解运动时间;
(3)要求最长时间,需求最大圆心角,画出轨迹,根据几何关系得到半径的可能值,然后求解出最大速度.
(1)因小球做匀速圆周运动,有:
Eq=mg
得:E=[mg/q]=10V/m,方向竖直向下;
(2)小球不与挡板相碰直接到达P点轨迹如图:
有:(h-R)2+s2=R2
得:R=5m
PO与挡板夹角为θ,则sinθ=[s/R]=[3/5]
小球圆周运动周期T=[2πm/qB]
设小球圆周运动圆弧的圆心角为α,则t=[αm/qB]
运动时间t=
(π+arcsin
3
5)m
qB=π+arcsin[3/5](s);
(3)因速度方向与半径垂直,原先必在挡板线上,
设小球与挡板碰撞n次,有R≤[h/2n]
又R≥s
n只能取0,1.n=0即(2)问不符合题意
n=1时有(h-3R)2+s2=R2
解得:R1=3m,R2=3.75m
轨迹如图,半径为R2时运动时间最长
洛伦兹力提供向心力:qvB=m
v2
R2
得:v=3.75m/s
答:(1)电场强度的大小为10N/C,方向为竖直向下;
(2)小球不与挡板相碰运动到P的时间π+arcsin[3/5](s);
(3)要使小球运动到P点时间最长应以3.75m/s的速度射入.
点评:
本题考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动;带电粒子在匀强电场中的运动.
考点点评: 本题关键明确小球的运动规律,找到向心力来源,画出轨迹,然后根据几何关系求解半径,再联立方程组求解.