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

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点?试探讨实现这一游戏,d必须满足的条件并求出相应的α0、vp
(2)若宇宙人从P点以初速度v0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v0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vD,vD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
mvD
qB

d=Rsinα=
mvD
qB
sinα=-
mvy
qB
   ①
vy=-
qBd
m
  ②
球在电场去的加速度为a,v Dy2-vpy2=2ah=-
2qEh
m
 
v=±
1
m
qB2d2−2qEhm
  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:
vDy=vpy-at=vpy-
qE
m
t   ④
t=
d
vpx
  ⑤
得:-
qBd
m
=vpy-
qEd
mvpx
 
得:vpx=
qEd
qBd±
q2B2d2−2qEhm
  ⑥
③⑥必须使实数,所以有d≥
(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vD,vD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
2Ehm
qB2
mvD
qB

d=Rsinα=
mvD
qB
sinα=-
mvy
qB
   ①
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qBd
m
  ②
球在电场去的加速度为a,v Dy2-vpy2=2ah=-
2qEh
m
 
v=±
1
m
qB2d2−2qEhm
  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:
vDy=vpy-at=vpy-
qE
m
t   ④
t=
d
vpx
  ⑤
得:-
qBd
m
=vpy-
qEd
mvpx
 
得:vpx=
qEd
qBd±
q2B2d2−2qEhm
  ⑥
③⑥必须使实数,所以有d≥
2Ehm
qB2