如图,竖直平面内有一直角坐标系xOy,在x≥0的区域内有一倾角为45°的绝缘光滑斜面,斜面末端O处用一极小的平滑曲面连接,恰能使斜面末端水平.在x≤0的广泛区域内存在正交的匀强

◎ 题目

如图,竖直平面内有一直角坐标系xOy,在x≥0的区域内有一倾角为45°的绝缘光滑斜面,斜面末端O处用一极小的平滑曲面连接,恰能使斜面末端水平.在x≤0的广泛区域内存在正交的匀强磁场和匀强电场,磁场垂直于纸面向里,磁感应强度大小为B;电场沿竖直方向,场强大小为E.电荷量为-q的带电小球从绝缘光滑斜面上某点由静止开始下滑,小球经斜面末端O点进入电场和磁场,之后沿圆周运动,垂直于y轴离开电场和磁场,最后垂直打到斜面上.
求:
(1)小球从开始运动到垂直打到斜面上所用时间.
(2)小球开始下滑的初始位置坐标.
魔方格

◎ 答案


魔方格
(1)小球运动的轨迹如图.初始位置(x1,y1),再次回到斜面的落点位置(x2,y2),小球经时间t1运动到末端的速度为v0,则
  t1=
v0
gsin45°
  ①
小球在复合场中做匀速圆周运动,则有  mg=qE   ②
轨道半径为  r=
mv0
qB
  ③
运动时间为 t2=
1
2
T=
πm
qB
 ④
小球离开电磁场后做平抛运动,经时间t3垂直落到斜面时
    v0=vytan45°=gt3   ⑤
2r-y2=
1
2
g
t23
   ⑥
y2=x2=v0t3,⑦
由②③⑤⑥⑦得,t3=
4E
3gB
 ⑧v0=
4E
3B
  ⑨
由②④得,t2=
πE
gB
  ⑩
由①⑨得,t1=
4

2
E
3gB

故小球从开始运动到垂直打到斜面上所用时间为t=t1+t2+t3=(
4(

2
+1)
3
+π)
E
gB

(2)小球初始位置到斜面末端的距离为 l=
1
2
gsin45°
t21
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