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?
(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和
,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电==" 0.5" N
即mbg = Fb电,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 =mava12–
mavao2 (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。