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=
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:5gR
(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.
(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
--------------------③g R
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=
mv2/2-1 2
mvA2/2----------------------④1 2
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=
•2mv02-(1 2
mvA2+1 2
mvB2)=1 2
mgR>05 4
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
,方向垂直纸面向外;g R
(2)碰撞结束后A的速率为
,B的速率为5gR
;5gR 2
(3)两球发生的是非弹性碰撞.