如图所示,坐标系xOy在竖直平面内,长为L的水平轨道AB光滑且绝缘,B点坐标为(0,L).有一质量为m、电荷量为+q的带电小球(可看成质点)被固定在A点.已知在第一象限内分布着互相垂直的匀强电场和匀强磁场,电场方向竖直向上,场强大小E2=,磁场为水平方向(在图中垂直纸面向外),磁感应强度大小为B;在第二象限内分布着沿x轴正向的水平匀强电场,场强大小E1=.现将带电小球由A点从静止释放,设小球所带的电量不变.试求:
(1)小球运动到B点的速度大小;
(2)小球第一次落地点与O点之间的距离;
(3)小球从开始运动到第一次落地所经历的时间.
(1)小球从A到B的过程中,由动能定理得m=qE1L
所以小球运动到B的速度vB===
(2)小球在第一象限受到的电场力:qE2=mg,所以小球做匀速圆周运动,设半径为R,
由m=BqvB
得R==•=L
设图中C点为小球做圆周运动的圆心,它第一次的落地点为D点,则=R,
=-R=L-L=L
所以,落地点到O点的距离为===
(3)小球从A到B所需时间tAB===
小球做匀速圆周运动的周期为T=
由几何关系知∠BCD=120°,
小球从C到D所用的时间为tBD==
所以小球从开始运动到第一次落地所经历的时间为tAD=tAB+tBD=+=(2+)
答:(1)小球运动到B点的速度大小vB=;
(2)小球第一次落地点与O点之间的距离;
(3)小球从开始运动到第一次落地所经历的时间tAD=(2+).