问题 问答题

如图,abc是光滑的轨道,其中ab是水平的,bc是位于竖直平面内与ab相切的半圆轨道,半径为R.bc线的右侧空间存在方向水平向右的匀强电场,场强为E;bc线的左侧(不含bc线)空间存在垂直轨道平面的匀强磁场.带电量为+q目的小球A的质量为m.静止在水平轨道上.另一质量为2m的不带电小球Bv0=

5gR
的初速度与小球A发生正碰.已知碰后小球A恰好能通过半圆的最高点C,随后进入磁场后作匀速直线运动.已知碰撞及运动中A球的电量保持不变,g为重力加速度.求:

(1)匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向;

(2)碰撞结束后A、B两球的速率vA和vB

(3)分析说明两球发生的是否弹性碰撞.

答案

(1)设碰后小球A在半圆的最高点c时的速度为v,小球A恰好刚能通过c点,则对小球A在竖直方向上有:

mg=mv2/R----------------------①

在磁场中匀速运动,也就是处于受力平衡状态,有:

qvB=mg--------------------------②

联立解得:B=

m
q
g
R
--------------------③

由左手定则可以判断,磁场方向应该垂直纸面向外

(2)对小球A从碰后到半圆的最高点c的过程,由动能定理得:

-mg•2R=

1
2
mv2/2-
1
2
mvA2/2----------------------④

对碰撞的过程,由动量守恒定律得:

2mv0=2mvB+mvA-------------------------------⑤

联立①④⑤各式并代入数据解得:

vA=

5gR

vB=

5gR
2

(3)碰撞中系统机械能(或动能)的损失为:

△E=

1
2
•2mv02-(
1
2
mvA2+
1
2
mvB2)=
5
4
mgR>0

说明碰撞中系统机械能(或动能)减小,因此两球发生的是非弹性碰撞.

故答案为:(1)匀强磁场的磁感应强度B的大小为

m
q
g
R
,方向垂直纸面向外;

(2)碰撞结束后A的速率为

5gR
,B的速率为
5gR
2

(3)两球发生的是非弹性碰撞.

单项选择题
单项选择题 A1/A2型题