如圖所示，在光滑絕緣水平面上，存在兩個相鄰的相同矩形區域CDMN和NMHG，，CD=NM=GH=2d、CN=N...

問題詳情：

如圖所示，在光滑絕緣水平面上，存在兩個相鄰的相同矩形區域CDMN和NMHG，，CD=NM=GH=2d、CN=NG=d．區域CDMN中存在方向豎直向下的勻強磁場B1，區域MMHG中存在方向豎直向上的勻強磁場B2。不可伸長的輕質細線，一端固定於O點，另一端拴有一個質量爲的絕緣小球a。拉緊細線使小球a從距離桌面高h的位置靜止釋放，當小球a沿圓弧運動至懸點正下方位置時，與靜止於該處的帶正電小球b發生正碰，碰後小球a向左擺動，上升的最大高度爲，小球b從CD邊界中點P垂直進入CDMN區域，已知小球b質量爲m，帶電量爲+q，且始終保持不變，重力加速度爲g。則

(1)通過計算判斷a、b兩小球的碰撞是否爲**碰撞；

(2)若B1=B2=B，要使b小球能從NG邊界*出，求B的取值範圍；

(3)若區域CDMN中磁感應強度B1=，方向仍豎直向下。將區域NMHG中磁場改爲勻強電場，電場方向水平且由N指向M。是否存在一個大小合適的場強使小球b恰由H點離開電場區域，若存在請算出場強E的大小，不存在請說明理由。

【回答】

(1)**碰撞，分析過程見解析；(2)；(3)存，。

【解析】(1)設小球a碰前的速率爲，碰後速率爲，小球b的速率爲，a小球與b小球碰撞前：

a小球與b小球碰撞後：

a小球與b小球碰撞時，以水平向右爲正方向：

聯立①②③得：

碰撞前兩物體總動能

碰撞後兩物體總動能

碰撞前後總動能守恆，所以a、b兩小球碰撞屬於**碰撞。

(2)若小球b恰好從N點*出，作出小球的運動軌跡，如圖所示。由幾何關係得：

R=d④

而

聯立解得：

；

若小球b恰好從G點*出，作出小球的運動軌跡，如圖所示。

由幾何關係可得：

⑥

⑦

聯立解得：

綜上可得B的取值範圍爲：

；

(3)由(2)可得當小球b在CDMN區域裏做圓周運動後小球從距離N點處以速度vb斜*入MNGH區域中，設vb與邊界NM夾角爲θ，由幾何關係得：

由運動合成分解可知：

假設小球恰好能從H點離開電場，運動時間爲t。x軸方向做勻速直線運動，y軸方向做類豎直上拋運動。

x=d

x=vxt⑧

⑨

（以電場相反方向爲正方向）

⑩

聯立解得：

令vy減爲0時，小球沿y軸向上的最大位移

小球未從NG邊界離開電場區域。

故假設成立，即電場強度 時小球恰能從H點離開。

知識點：專題三 力與物體的曲線運動

題型：計算題