如图所示，水平绝缘地面上有一底部带有小孔的绝缘弹性竖直挡板AC，板高h=9cm，与A端等高处有一水平放置的篮筐，圆形筐口的圆心M离挡板的距离L=3m，AC左端及A端与筐口的连线上方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；现有一质量m=1×10-3kg、电量q=-1×10-3C、直径略小于小孔宽度的带电小球（视为质点），以某一速度从C端水平射入场中做匀速圆周运动．若球可直接从M点落入筐中，也可与AC相碰后从M点落入筐中，且假设球与AC相碰后以原速率沿碰前速度的反方向弹回弹回，碰撞时间不计，碰撞时电荷量不变，忽略小球运动对电场、磁场的影响．（g=10m/s2，sin53°=0.8），求：
（1）电场强度的大小与方向；
（2）小球运动的最大速率；
（3）若小球与AC碰撞1次后从M点落入筐中，求小球在电场和磁场共存的区域运动的时间（结果中可保留π）．
（1）因小球在复合场中做匀速圆运动，故有 qE=mg
代入数据解得：E=
=mg q
N/C=10N/C1×10-3×10 1×10-3
场强方向竖直向下．
（2）由洛伦兹力提供向心力，有：qvB=m
，得：R=v2 R mv qB
由上可知，R最大时，小球运动的速率最大，如图所示，利用几何知识有：
（h-Rm）2+L2=R 2m
解得：Rm=5m
则最大速率 vm=
=qBRm m
m/s=5m/s；1×10-3×1×5 1×10-3
（3）因为粒子的速度方向与半径方向垂直，所以圆心必在AC所在的竖直线上，如图所示．
有 R≥s=3m
小球与AC碰撞1次，有：（3R-h）2+L2=R2
解得：R1=3m，R2=3.75m
周期 T=
=2πm qB
s=2π s2π×1×10-3 1×10-3×1
①当R1=3m时，小球运动轨迹对应的圆心角 θ=2π+
=π 4 9π 4
运动时间为 t1=
T=θ 2π
s9π 4
②当R2=3.75m时，sinα=
=L R2
=0.8，α=53°3 3.75
小球运动对应的圆心角 θ=180°+360°-53°=487°
运动时间为 t2=
T=487° 360°
s≈2.7πs487π 180
答：
（1）电场强度的大小为10N/C，场强方向竖直向下．
（2）小球运动的最大速率为5m/s．
（3）小球在电场和磁场共存的区域运动的时间为
s或2.7πs．9π 4
