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精英家教网在某空间存在着水平向右的匀强电场和垂直于纸面向里的匀强磁场,如图所示,一段光滑且绝缘的圆弧轨道AC固定在纸面内,其圆心为O点,半径R=1.8m,OA连线在竖直方向上,AC弧对应的圆心角θ=37°.今有一质量m=3.6×10-4 kg、电荷量q=+9.0×10-4 C的带电小球(可视为质点),以v0=4.0m/s的初速度沿水平方向从A点射入圆弧轨道内,一段时间后从C点离开,小球离开C点后做匀速直线运动.已知重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,不计空气阻力,求:
(1)匀强电场的场强大小E;
(2)匀强磁场的磁感应强度大小B;
(3)小球射入圆弧轨道后的瞬间对轨道的压力.
分析:(1)对小球受力分析,根据平衡条件,结合电场力的表达式,即可求解;
(2)根据动能定理,选取小球从进入圆弧轨道到离开圆弧轨道的过程,结合洛伦兹力表达式,即可求解;
(3)根据牛顿第二定律,且确定向心力的来源,并依据牛顿第三定律,即可求解.
解答:解:(1)当小球离开圆弧轨道后,对其受力分析如图1所示,
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由平衡条件得:F电=qE=mgtanθ   
代入数据解得:E=3 N/C       
(2)小球从进入圆弧轨道到离开圆弧轨道的过程中,由动能定理得:
F电Rsinθ-mgR(1-cosθ)=
1
2
mv2-
1
2
m
v
2
0

代入数据得:v=5m/s
由F洛=qvB=
mg
cosθ
    
解得:B=1T           
(3)分析小球射入圆弧轨道瞬间的受力情况如图2所示,
由牛顿第二定律得:FN+Bqv0-mg=
m
v
2
0
R

代入数据得:FN=3.2×10-3 N
由牛顿第三定律得,小球对轨道的压力
FN′=FN=3.2×10-3 N
答:(1)匀强电场的场强大小3 N/C;
(2)匀强磁场的磁感应强度大小1T;
(3)小球射入圆弧轨道后的瞬间对轨道的压力3.2×10-3 N.
点评:考查如何受力分析,掌握平衡条件的应用,理解动能定理与牛顿第二、三定律的运用,注意电场力与洛伦兹力表达式,同时确定小球做匀速圆周运动的向心力的来源是解题的关键.
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(1)匀强电场的场强E;
(2)小球射入圆弧轨道后的瞬间对轨道的压力.

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(1)匀强电场的场强E;
(2)小球刚离开C点时的速度大小;
(3)小球刚射入圆弧轨道时,轨道对小球的瞬间支持力.

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sin37°=0.6,cos37°=0.8.不计空气阻力,求:
(1)匀强电场场强E的大小;
(2)小球从C点离开时的速度vC的大小
(3)小球射入圆弧轨道后的瞬间对轨道的压力.

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