2.(2019·湖北省4月份调研)如图,在高度为H的竖直区域内分布着互相垂直的匀强电场和匀强磁场,电场方向水平向左;磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向里.在该区域上方的某点A,将质量为m、电荷量为+q的小球,以某一初速度水平抛出,小球恰好在该区域做直线运动.已知重力加速度为g.
(1)求小球平抛的初速度v0的大小;
(2)若电场强度大小为E,求A点距该区域上边界的高度h;
(3)若电场强度大小为E,令该小球所带电荷量为-q,以相同的初速度将其水平抛出,小球离开该区域时,速度方向竖直向下,求小球穿越该区域的时间.
答案 (1) (2) (3)-
解析 (1)设小球进入复合场时,速度方向与水平方向成θ角,分析小球的受力,如图所示,小球做直线运动则有 qvBcos θ=mg,v=
解得v0=;
(2)小球从A点抛出到刚进入复合场,由动能定理
mgh=mv2-mv
又由(1)知(mg)2+(qE)2=(qvB)2
联立解得h=
(3)设某时刻小球经复合场某处时速度为v,将其正交分解为vx、vy,则小球受力如图,在水平方向上,由动量定理 (qE-qvyB)·Δt=0-mv0
即BqH-Eqt=mv0
解得t=-.
(2)若电场强度大小为E,求A点距该区域上边界的高度h;
(3)若电场强度大小为E,令该小球所带电荷量为-q,以相同的初速度将其水平抛出,小球离开该区域时,速度方向竖直向下,求小球穿越该区域的时间.
答案 (1) (2) (3)-
解析 (1)设小球进入复合场时,速度方向与水平方向成θ角,分析小球的受力,如图所示,小球做直线运动则有
解得v0=;
(2)小球从A点抛出到刚进入复合场,由动能定理
mgh=mv2-mv
又由(1)知(mg)2+(qE)2=(qvB)2
联立解得h=
(3)设某时刻小球经复合场某处时速度为v,将其正交分解为vx、vy,则小球受力如图,在水平方向上,由动量定理
即BqH-Eqt=mv0
解得t=-.