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如题25图所示,在直角坐标xOy平面y轴左侧(含y轴)有一沿y轴负向的匀强电场,一质量为m,电量为q的带正电粒子从x轴上P处以速度v0沿x轴正向进入电场,从y轴上Q点离开电场时速度方向与y轴负向夹角=30°,Q点坐标为(0,-d),在y轴右侧有一与坐标平面垂直的有界匀强磁场区域(图中未画出),磁场磁感应强度大小,粒子能从坐标原点O沿x轴负向再进入电场.不计粒子重力,求:

(1)电场强度大小E;
(2)如果有界匀强磁场区域为半圆形,求磁场区域的最小面积;
(3)粒子从P点运动到O点的总时间.
(1)(2)(3)
首先根据平抛运动及动能定理求出电场强度;画出运动轨迹,求出半径,根据几何关系求出最小面积;分步求出各段的时间,最后求和得出总时间。
(1)设粒子从Q点离开电场时速度大小
由粒子在匀强电场中做类平抛运动得:(1分)

由动能定理得    (2分)
解得(1分)
(2)设粒子从M点进入、N点离开半圆形匀强磁场区域
粒子在磁场中做匀速圆周运动半径为,圆心为,如解答图所示
由洛伦兹力提供向心力,得 
解得(2分)
若半圆形磁场区域的面积最小,则半圆形磁场区域的圆心为
可得半径(2分)半圆形磁场区域的最小面积(2分)
(3)设粒子在匀强电场中运动时间为
粒子从Q点离开电场时沿y轴负向速度大小为 有
  解得(2分)
设粒子在磁场中做匀速圆周运动时间为 有(2分)
粒子在QM、NO间做匀速直线运动时间分别为
由几何关系可得QM距离 得(2分)
NO间距离    得(2分)
粒子从P点运动到O点的总时间
(1分)
练习册系列答案
相关习题

科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

地球大气层外有一层复杂的电离层,既分布有地磁场,也分布有电场.假设某时刻在该空间中有一小区域存在如图所示的电场和磁场;电场的方向在纸面内斜向左下方,磁场的方向垂直纸面向里.此时一带电宇宙粒子恰以速度v垂直于电场和磁场射入该区域,不计重力作用,则在该区域中,有关该带电粒子的运动情况可能的是(   )
A.仍做直线运动B.立即向左下方偏转
C.立即向右上方偏转D.可能做匀速圆周运动

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科目:高中物理 来源:不详 题型:计算题

如图所示,光滑绝缘水平面的上方空间被竖直的分界面MN分隔成两部分,左侧空间存在一水平向右的匀强电场,场强大小 右侧空间有一长为R=0.8m的绝缘轻绳,绳的一端固定于O点,另一端拴一个质量m2=m的不带电的小球B在竖直平面内做顺时针方向的圆周运动,运动到最低点时速度大小vB=8m/s,小球B在最低点时与地面接触但没有弹力. 在MN左侧空间中有一个质量为m1=m的带正电的物体A,电荷量大小为q,在水平面上与MN界面水平间距为L处由静止释放,恰好与运动到最低点处的B发生正碰,并瞬间粘合成一个整体C,碰后瞬间在MN的右侧空间立即加上一竖直向上的匀强电场,场强大小E2=3E1(g=10m/s2

(1)如果L=0.2m,求出整体C运动到最高点时的瞬时速度大小,及此时绳的拉力是物体重力的多少倍?
(2)当L满足什么条件时,整体C可以在竖直面内做一个完整的圆周运动?

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科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

质量为m的带电小球在正交的匀强电场、匀强磁场中做匀速圆周运动,轨道平面在竖直平面内,电场方向竖直向下,磁场方向垂直圆周所在平面向里,如图所示,由此可知(    )
A.小球带正电
B.小球带负电,
C.沿逆时针方向运动
D.沿顺时针方向运动

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科目:高中物理 来源:不详 题型:计算题

如图甲所示,MN、PQ为间距L="0" .5m足够长的平行导轨,NQ⊥MN,导轨的电阻均不计。导轨平面与水平面间的夹角,NQ间连接有一个R=4Ω的电阻。有一匀强磁场垂直于导轨平面且方向向上,磁感应强度为B0=1T。将一根质量为m=0.05kg的金属棒ab紧靠NQ放置在导轨上,且与导轨接触良好。现由静止释放金属棒,当金属棒滑行至cd处时达到稳定速度,已知在此过程中通过金属棒截面的电量q=0.2C,且金属棒的加速度a与速度v的关系如图乙所示,设金属棒沿导轨向下运动过程中始终与NQ平行。取g=10m/s2。求:

(1)金属棒与导轨间的动摩擦因数μ;
(2)cd离NQ的距离s;
(3)金属棒滑行至cd处的过程中,电阻R上产生的热量;
(4)若将金属棒滑行至cd处的时刻记作t=0,从此时刻起,让磁感应强度逐渐减小,为使金属棒中不产生感应电流,则磁感应强度B应怎样随时间t变化(写出B与t的关系式)。

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科目:高中物理 来源:不详 题型:计算题

如图18所示,光滑的平行金属导轨水平放置,电阻不计,导轨间距为l,左侧接一阻值为R的电阻.区域cdef内存在垂直轨道平面向下的有界匀强磁场,磁场宽度为x.一质量为m、电阻为r的金属棒MN置于轨道上,与导轨垂直且接触良好,受到水平拉力F=(0.5v+0.4) N(v为某时刻金属棒运动的瞬时速度)的作用,从磁场的左边界由静止开始运动.已知l=1 m,m=1 kg,R=0.3 Ω,r=0.2 Ω,x=0.8 m,如果测得电阻R两端的电压U随着时间是均匀增大的,那么:

(1)分析并说明该金属棒在磁场中做何种运动;
(2)金属棒到达ef处的速度应该有多大;
(3)分析并求解磁感应强度B的大小.

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科目:高中物理 来源:不详 题型:计算题

一根长为l的绝缘细线一端固定,另一端连着一质量为m的带正电A球,置于水平向左的电场中,已知A球所受的电场力大小为。另有一质量为2m的B球静止地悬挂在一弹簧下端(B球与弹簧均为绝缘材料制成),弹簧伸长,现让A球沿如图虚线上摆,摆到水平位置时速度,恰好与B球发生正碰,B球受碰后向上振动,到达最高点时,弹簧被压缩。求:A球回到最低点M时细线受到的拉力大小。   

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科目:高中物理 来源:不详 题型:计算题

(22分)如图甲所示,在xOy坐标平面的第一象限(包括x、y轴)内存在磁感应强度大小为B0、方向垂直于xOy平面且随时间做周期性变化的匀强磁场,如图乙所示,规定垂直xOy平面向里的磁场方向为正。在y轴左侧有一对竖直放置的平行金属板M、N,两板间的电势差为U0。一质量为m、电量为q的带正电粒子(重力和空气阻力均忽略不计),从贴近M板的中点无初速释放,通过N板小孔后从坐标原点O以某一速度沿x轴正方向垂直射入磁场中,经过一个磁场变化周期T0(T0未知)后到达第一象限内的某点P,此时粒子的速度方向恰好沿x轴正方向。

(1)求粒子进入磁场作匀速圆周运动时的运动半径;
(2)若粒子在t=0时刻从O点射入磁场中,求粒子在P点纵坐标的最大值ym及相应的磁场变化周期T0的值;
(3)若在上述(2)中,第一象限内y=ym处平行x轴放置有一屏幕,如图甲,磁场变化周期为上述(2)中T0,但M、N两板间的电势差U可以在U0<U<9U0范围内变化,粒子仍在t=0时刻从O点射入磁场中,求粒子可能击中的屏幕范围。

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科目:高中物理 来源:不详 题型:计算题

如图(甲)所示,边长为L=2.5m、质量m=0.50kg的正方形绝缘金属线框,放在光滑的水平桌面上,磁感应强度B=0.80T的匀强磁场方向竖直向上,金属线框的一边ab与磁场的边界MN重合。在力F作用下金属线框由静止开始向左运动,在5.0s内从磁场中拉出.测得金属线框中的电流随时间变化的图象如图(乙)所示,已知金属线框的总电阻为R=4.0Ω。

小题1:试判断金属线框从磁场中拉出的过程中,
线框中的感应电流方向?
小题2: t=2.0s时,金属线框的速度?
小题3:已知在5.0s内F做功1.95J,则金属框从磁场拉出过程线框中产生的焦耳热是多少?

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