解题思路:(1)小球在A到O的过程中,电场力做功与路径无关,与始末的位置有关,根据公式W=qEd即可求得电场力的功;
(2)小球从A到O的过程,运用动能定理求得O点速度,到达O点前一时刻,根据牛顿第二定律求得作用力.
(3)小球从O到C 的过程中,水平方向做匀减速运动,竖直方向做自由落体运动,运用运动的合成与分解,把加速度分解,分别在水平方向上和竖直方向上求位移.
(1)从A→O过程,WE=-qER
将E=
mg
q代入,得WE=-mgR
(2)A到O的电场中,重力和电场力做功,小球的动能增加:mg(2R)−qER=
1
2mvo2
代入数据解得:V0=
2gR
在O点重力、电场力和洛伦兹力的合力提供向心力,得:FN−mg−qvoB=
mvo2
R
代入数据解得:FN=3mg+qB
2gR
依牛顿第三定律,得带正电小球对半圆管的作用力大小为:FN′=3mg+qB
2gR
(3)小球从O射出后,水平方向先向左做匀减速运动,后向右做匀加速运动,竖直方向做自由落体运动
向左运动的过程中ax=g;ay=g
向左减速时间为t:t=
vo
a=
2gR
g
竖直方向位移大小:y=
1
2g(2t)2=4R
又:H=y+4R
得:H=5R
为了使小球经过y轴,必须使小球有向右的分速度,所以应H>5R
答:(1)小球从A到O点的过程中,电场力对带正电小球所做的功-mgR;
(2)小球到达O点时,对半圆管的作用力大小FN′=3mg+qB
2gR.
(3)电场区域的高度H应大于5R.
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: 运用动能定理解题需合适地选取研究的过程,根据动能定理列出表达式求解.此题有一定的难度,属于难题.