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如图所示,水平地面上方有一绝缘弹性竖直薄档板,板高h=3 m,与板等高处有一水平放置的小篮筐,筐口的中心距挡板s=1 m。整个空间存在匀强磁场和匀强电场,磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度B=1T,而匀强电场未在图中画出;质量m=1×10-3kg、电量q=1×10-3C的带电小球(视为质点),自挡板下端的左侧以某一水平速度v0开始向左运动,恰能做匀速圆周运动,若小球与档板相碰后以原速率弹回,且碰撞时间不计,碰撞时电量不变,小球最后都能从筐口的中心处落入筐中。(g10m/s2,可能会用到三角函数值sin37°=0.6cos37°=0.8)。试求:

(1)电场强度的大小与方向;   (2)小球运动的可能最大速率;

(3)小球运动的可能最长时间。

答案

解:(1)小球做匀速圆周运动,则

   方向竖直向下

 2)若小球速率最大,则运动半径最大,如轨迹所示

     

    

 

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

 

小球与挡板碰撞n次后落入筐中,则有:

   得:n<1.5

n可取01才能保证小球落入筐中

n=0时,即为(2)问中的解

n=1时,有

  

得:,运动轨迹如图中所示

 或者 ,运动轨迹如图中所示

以轨迹运动,小球用时最长,则有

     

    

 

轨迹运动对应的圆心角

运动最长时间为:

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