问题 计算题

如图所示,MN是竖直平面内的1/4圆弧轨道,绝缘光滑,半径R=lm。轨道区域存在E = 4N/C、方向水平向右的匀强电场。长L1=5 m的绝缘粗糖水平轨道NP与圆弧轨道相切于N点。质量、电荷量的金属小球a从M点由静止开始沿圆弧轨道下滑,进人NP轨道随线运动,与放在随右端的金属小球b发生正碰,b与a等大,不带电,,b与a碰后均分电荷量,然后都沿水平放置的A、C板间的中线进入两板之间。已知小球a恰能从C板的右端飞出,速度为,小球b打在A板的D孔,D孔距板基端,A,C板间电势差,A,C板间有匀强磁场,磁感应强度5=0.2T,板间距离d=2m,电场和磁编仅存在于两板之间。g=10m/s2求:

(1)小球a运动到N点时,轨道对小球的支持力FN多大?

(2 )碰后瞬间,小球a和b的速度分别是多大?

(3 )粗糙绝缘水平面的动摩擦因数是多大?

答案

(1)设小球a运动到N点时的速度为vao,则

magR + qaER = mavao2    (2分)

FN –mag= mavao2/R     (2分)

 

解得vao = 10m/s,FN =" 11" N   ( 1分 )

(2)设a、b碰撞后电荷量分布是,则=="0.5" C。

设碰后小球a速度为va2,由动能定理有

   (2分)

得va2= 4m/s     1分

对小球b有:mbg =" 0.5" N,Fb==" 0.5" N

即mbg = Fb,所以,小球b向上做匀速圆周运动。 ( 1分 )

设小球b做匀速圆周运动的半径为r,则

   (2分)

设小球b碰后速度为vb2,则

   (2分)

解得r = 4m,vb2=" 8" m/s   ( 1分 )

(3)设碰撞前,小球a的速度设为va1,由动量守恒定律有

mava1= mava2+ mbvb2 (2分)

va1=" 8" m/s

小球a从N至P过程中,由动能定理有

–μmagL1 =mava12mavao2 (2分)

解得μ ="0." 36 ( 1分 )

本题考查了带电粒子在电场和磁场中的运动规律问题,结合动能定理和动量守恒定律。

解答题
多项选择题