如图所示,在y轴竖直向上的直角坐标系中,电场、磁场的分布情况如下:
①在o<y<α口的区域内,存在沿x轴负向的匀强电场和垂直xoy平面向里的匀强磁场;
②在y<o区域内,存在沿y轴正向的匀强电场;
③在y<y1区域内,同时存在垂直xoy平面向外的匀强磁场;
各区域的电场、磁场强弱相同.一质量为m、电量为q带正电的小球,从xoy平面内的P点以初速v0向右抛出.小球进入0<y<α的复合场区沿直线运动,恰好过坐标原点,方向如图.如果小球能够第二次到达O点,m、α、v0、q、g为已知量,求:
(1)p点坐标;
(2)磁感应强度B;
(3)小球两次通过O点经历的时间.

(1)带电小球进入0<y<α区域时,速度方向如图甲,
由此可知,vy=v0
小球由P点抛出做平抛运动.
vy=gt
由①②可得t=v0 g
所以,水平位移s=v0t=v 20 g
垂直位移h=
=v 2y 2g v 20 2g
由小球沿直线运动可知,小球进入此区域时的坐标为(-α,α).
故P点坐标为[-(
+a),(v 20 g
+a)]⑤v 20 2g
(2)小球在0<y<α区域沿直线运动,一定是匀速直线运动,受力如图乙所示
qE=mg ⑥
由qvB=
mg和v=2
v0⑦2
解得B=
⑧mg qv0
(3)小球在y<0区域内运动如图丙所示,先作匀速直线运动,后作匀速圆周运动,再做直线运动至O点,设其运动时间分别为t1、t2、t3,⑨
由Loc=Lob=R,qvB=
,和Lob=vt1 ⑩mv2 R
得t1=
(11)v0 g
T=
=2πm qB
(12)2πv0 g
t2=
t=3 4
(13)3πv0 2g
分析知t3=t1=
,两次经过O点历时间为v0 g
t=2t1+t2=(2+
)3π 2
(14)v0 g
答:
(1)P点坐标为[-(
+a),(v 20 g
+a)].v 20 2g
(2)磁感应强度B是
;mg qv0
(3)小球两次通过O点经历的时间为(2+
)3π 2
.v0 g