(2014•武侯区模拟)如图,水平地面上方有一绝缘弹性竖直薄档板,板高h=3m,与板等高处有一水平放置的小篮筐,筐口的中

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  • 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,然后求解最大速度;

    (3)要求最小速度,需求最小半径,画出轨迹,根据几何关系得到半径的可能值,然后求解速度.

    (1)小球做匀速圆周运动,则

    qE=mg

    故E=

    mg

    q=10N/C

    电场方向竖直向下

    (2)若小球速率最大,则运动半径最大,

    如轨迹①所示

    R21=s2+(h−R1)2

    可得:R1=

    5

    3m

    由qv1B=m

    v21

    R1

    ⇒v1=

    qBR1

    m=[5/3m/s

    (3)因为速度方向与半径垂直,圆心必在挡板所在的竖直线上.

    且R≥s=1m

    小球与挡板碰撞n次后落入筐中,则有

    2nR<h

    ⇒n<1.5,故n可取0或1才能

    保证小球落入筐中

    ①当n=0时,即为(2)问中的解

    ②当n=1时,有

    (3R-h)2+s2=R2

    可得R2=1m,运动轨迹如由图中②所示

    或者R3=

    5

    4m,运动轨迹如由图中③所示

    以轨迹③运动,小球所花时间最长

    则有

    T=

    2πm

    qB=2π

    sinθ=

    R2

    R3=

    4

    5]

    故θ=53°,轨迹③运动对应的圆心角α=360°+(180°-53°)=487°

    运动最长时间为t=

    α

    360°T=

    974

    360πs≈8.5s

    答:(1)电场强度E=10N/C,电场方向竖直向下;

    (2)小球运动的可能最大速率为

    5

    3m/s;

    (3)小球运动的可能最长时间为8.5s.

    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.

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