物理
一宇宙人在太空(万有引力可以忽略不计)玩垒球.如图所示,辽阔的太空球场半侧为匀强电场E,另半侧为匀强磁场B,电场和磁场的分界面为垂直纸面的平面,电场方向与界面垂直,磁场方向垂直纸面向里,宇宙人位于电场一侧距界面为h的P点,O为P点至界面垂线的垂足,D 点位于纸面上O点的右侧,OD与磁场的方向垂直,OD=d,如图所示.垒球的质量 m,电量-q(q>0).(1)宇宙人是否可能自P点以某个适当的投掷角(与界面所成的夹角)α0及恰当的初速度vp投出垒球,使它经过D点,然后历经磁场一次执行回至P
2019-06-26
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一宇宙人在太空(万有引力可以忽略不计)玩垒球.如图所示,辽阔的太空球场半侧为匀强电场E,另半侧为匀强磁场B,电场和磁场的分界面为垂直纸面的平面,电场方向与界面垂直,磁场方向垂直纸面向里,宇宙人位于电场一侧距界面为h的P点,O为P点至界面垂线的垂足,D 点位于纸面上O点的右侧,OD与磁场的方向垂直,OD=d,如图所示.垒球的质量 m,电量-q(q>0).
(1)宇宙人是否可能自P点以某个适当的投掷角(与界面所成的夹角)α
0
及恰当的初速度v
p
投出垒球,使它经过D点,然后历经磁场一次执行回至P点?试探讨实现这一游戏,d必须满足的条件并求出相应的α
0
、v
p
(2)若宇宙人从P点以初速度v
0
平行于界面投出垒球,要使垒球击中界面上的某一点D点,初速度v
0
的指向与大小应如何?
优质解答
(1)首先简历直角坐标系,使x与OD重合,球有平抛、斜上上和斜向下抛三情形.若球投向y轴的右侧,当球打到分界面上的D的速度为v
D
,v
D
与x轴的夹角为α,球沿半径为R的圆周运动,达到界面的D′,又从D′回到抛出点.OD′=Od=d
mv
m
v
D
qB
d=Rsinα=
m
v
D
qB
sinα=-
m
v
y
qB
①
v
y
=-
qBd
m
②
球在电场去的加速度为a,v
Dy
2
-v
py
2
=2ah=-
2qEh
m
v=±
1
m
q
B
2
d
2
−2qEhm
③
+-分别表示在P点斜上抛和斜下抛的情况.设球从抛出点到D的时间为t,则:
v
Dy
=v
py
-at=v
py
-
qE
m
t ④
t=
d
v
px
⑤
得:-
qBd
m
=v
py
-
qEd
m
v
px
得:v
px
=
qEd
qBd±
q
2
B
2
d
2
−2qEhm
⑥
③⑥必须使实数,所以有d≥
2Ehm
q
B
2
(1)首先简历直角坐标系,使x与OD重合,球有平抛、斜上上和斜向下抛三情形.若球投向y轴的右侧,当球打到分界面上的D的速度为v
D
,v
D
与x轴的夹角为α,球沿半径为R的圆周运动,达到界面的D′,又从D′回到抛出点.OD′=Od=d
mv
m
v
D
qB
d=Rsinα=
m
v
D
qB
sinα=-
m
v
y
qB
①
v
y
=-
qBd
m
②
球在电场去的加速度为a,v
Dy
2
-v
py
2
=2ah=-
2qEh
m
v=±
1
m
q
B
2
d
2
−2qEhm
③
+-分别表示在P点斜上抛和斜下抛的情况.设球从抛出点到D的时间为t,则:
v
Dy
=v
py
-at=v
py
-
qE
m
t ④
t=
d
v
px
⑤
得:-
qBd
m
=v
py
-
qEd
m
v
px
得:v
px
=
qEd
qBd±
q
2
B
2
d
2
−2qEhm
⑥
③⑥必须使实数,所以有d≥
2Ehm
q
B
2
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