(14分)如图所示,竖直平面坐标系xOy的第一象限,有垂直xOy面向外的水平匀强磁场和竖直向上的匀强电场,大小分别为B和E;第四象限有垂直xOy面向里的水平匀强电场,大小也为E;第三象限内有一绝缘光滑竖直放置的半径为R的半圆轨道,轨道最高点与坐标原点O相切,最低点与绝缘光滑水平面相切于N。一质量为m的带电小球从y轴上(y>0)的P点沿x轴正方向进入第一象限后做圆周运动,恰好通过坐标原点O,且水平切入半圆轨道并沿轨道内侧运动,过N点水平进入第四象限,并在电场中运动(已知重力加速度为g)。
(1)判断小球的带电性质并求出其所带电荷量;
(2)P点距坐标原点O至少多高;
(3)若该小球以满足(2)中OP最小值的位置和对应速度进入第一象限,通过N点开始计时,经时间小球距N点的距离s为多远。
(1)小球带正电,且;(2) (或);(3)2R。
解析试题分析:(1)小球进入第一象限正交的电场和磁场后,在垂直磁场的平面内做圆周运动,说明重力与电场力平衡,qE=mg① (1分)故电场力的方向是竖直向上的,由于电场强度的方向竖直向上,故小球带正电(1分)。且存在如下关系:② (1分)。
(2)小球在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,设匀速圆周运动的速度为v、轨道半径为r。
有牛顿第二定律可得:③ (1分)
小球恰能通过半圆轨道的最高点并沿轨道运动,有:④(1分)
由③④联立得:⑤(1分)
PO的最小距离为:⑥ (1分)
即: (或)(1分)
(3)小球由O运动到N的过程中机械能守恒:mg·2R+mv2=mv⑦ (1分)
由④⑦得:⑧ (1分)
根据运动的独立性可知,小球从N点进入电场区域后,在x轴方向以速度vN做匀速直线运动,沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动,则沿x轴方向有:x=vNt⑨(1分)
沿电场方向有:z=at2⑩ (1分) ? (1分)
t时刻小球距N点: (1分)
考点:牛顿第二定律,二力平衡,机械能守恒定律,平抛运动的知识等。
科目:高中物理 来源: 题型:计算题
(16分)如图所示,坐标系xOy在竖直平面内,水平轨道AB和斜面BC均光滑且绝缘,AB和BC的长度均为L,斜面BC与水平地面间的夹角θ=600?,有一质量为m、电量为+q的带电小球(可看成质点)被放在A点。已知在第一象限分布着互相垂直的匀强电场和匀强磁场,电场方向竖直向上,场强大小,磁场为水平方向(图中垂直纸面向外),磁感应强度大小为B;在第二象限分布着沿x轴正向的水平匀强电场,场强大小。现将放在A点的带电小球由静止释放,则小球需经多少时间才能落到地面(小球所带的电量不变)?
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科目:高中物理 来源: 题型:计算题
如图所示,在直角坐标系的第一、二象限内有垂直于纸面的匀强磁场,第三象限有沿y轴负方向的匀强电场;第四象限无电场和磁场。现有一质量为m、电荷量为q的粒子以速度v0从y轴上的M点沿x轴负方向进入电场,不计粒子的重力,粒子经x轴上的N点和P点最后又回到M点,设OM=L,ON=2L.求:
(1)带电粒子的电性,电场强度E的大小;
(2)带电粒子到达N点时的速度大小和方向;
(3)匀强磁场的磁感应强度的大小和方向;
(4)粒子从M点进入电场,经N、P点最后又回到M点所用的时间。
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科目:高中物理 来源: 题型:计算题
(10分) 如下图所示,质量为m=1kg,电荷量为q=5×10-2 C的带正电的小滑块,从半径为R=0.4m的光滑绝缘圆孤轨道上由静止自A端滑下.整个装置处在方向互相垂直的匀强电场与匀强磁场中.已知E=100 V/m,水平向右;B=1T,方向垂直纸面向里.求:
(1)滑块到达C点时的速度;
(2)在C点时滑块对轨道的压力.(g=10 m/s2)
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科目:高中物理 来源: 题型:计算题
(12分)如图所示,在第二象限的正方形区域内在着匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直纸面向里,一电子由P()点,沿轴正方向射入磁场区域I.(电子质量为m,电荷量为e)
(1)求电子能从第三象限射出的入射速度的范围.
(2)若电子从位置射出,求电子在磁场I中运动的时间t.
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科目:高中物理 来源: 题型:计算题
(14分)如图所示,在一宽度D="16" cm的区域内,同时存在相互垂直的匀强磁场B和匀强电场E,电场的方向竖直向上,磁场的方向垂直向外。一束带电粒子以速度同时垂直电场和磁场的方向射入时,恰不改变运动方向。若粒子射入时只有电场,可测得粒子穿过电场时沿竖直方向向上偏移6.4 cm;若粒子射人时只有磁场,则粒子束离开磁场时偏离原方向的距离是多少?不计粒子的重力。
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科目:高中物理 来源: 题型:计算题
(18分)扭摆器是同步辐射装置中的插入件,能使粒子的运动轨迹发生扭摆,其简化模型如图所示:Ⅰ、Ⅱ两处宽度均为L的条形匀强磁场区边界竖直,Ⅰ区域磁场垂直纸面向外,Ⅱ区域磁场垂直纸面向里,磁感应强度大小均为B,两磁场区的间距可以调节。以Ⅰ区域左边界上的O点为坐标原点建立坐标系,y轴与左边界重合,x轴与磁场边界的交点分别为O1、O2和O3。一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子,平行纸面从O点与y轴的夹角θ=30°射入Ⅰ区域,粒子重力不计。
(1)若粒子恰好从O1射出Ⅰ区域,粒子的速度应为多大?
(2)若粒子从Ⅰ区域右边界射出时速度与x轴的夹角为30°,调节两磁场区的间距,粒子恰好从O3射出Ⅱ区域,则粒子从O射入到从O3射出共经历了多长时间?
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科目:高中物理 来源: 题型:计算题
如图所示的天平可用来测定磁感应强度,天平的右臂下面挂有一个矩形线圈,宽为L,共N匝,线圈下部悬在匀强磁场中,磁场方向垂直纸面,当线圈中通有电流I时,方向如图,在天平左右两盘各加质量分别为m1、m2的砝码,天平平衡,当电流反向时(大小不变),右盘再加上质量为m的砝码后,天平重新平衡,试:
(1)判定磁场的方向并推导磁感应强度的表达式
(2)当L=0.1m; N=10; I=0.1A;m=9×10-3kg时磁感应强度是多少?
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科目:高中物理 来源: 题型:计算题
如右图所示,一质量为m、电荷量为+q的粒子,以速度从O点沿y轴正方向射入磁感应强度为B的圆形匀强磁场区域,磁场方向垂直纸面向外,粒子飞出磁场区域后,从b处穿过x轴进入场强为E、方向与x轴负方向成60°角斜向下的匀强电场中,速度方向与 x轴正方向的夹角为30°,经过一段时间后恰好通过b点正下方的c点,粒子的重力不计.试求:
(1)圆形匀强磁场的最小面积.
(2)c点到b点的距离d.
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