分析 (1)小球在水平面上運動時只有電場力做功,根據(jù)動能定理求解小球從M′N′上小孔射出時的初速度v0;
(2)小球與桿PQ發(fā)生碰撞,遵守動量守恒定律,由此定律可求得碰后小球的速度.PQ進入磁場后切割磁感線,產生感應電動勢,由法拉第定律可求得感應電動勢.根據(jù)牛頓第二定律和運動學公式求解小球做類平拋運動的時間t2;
(3)碰后球和桿各自做勻速直線運動,由幾何關系分析球的質量條件.再由碰撞過程中能量守恒列式分析即可.
解答 解:(1)小球在水平面上運動時只有電場力做功,由動能定理,有:
qU1=$\frac{1}{2}m{v}_{0}^{2}$ ①
可得 小球從M′N′上小孔射出時的初速度 v0=$\sqrt{\frac{2q{U}_{1}}{m}}$=$\sqrt{\frac{2×0.5×10}{0.4}}$=5m/s
(2)導體桿PQ進入磁場區(qū)域后,切割磁感線,產生感應電動勢,有:U=Bdv2 ②
此時小球在豎直方向上受到電場力作用,方向豎直向下,由牛頓第二定律有 a=$\frac{qU}{md}$ ③
小球做類平拋運動,在豎直方向上,有
$\frac2cwmie6{2}$=$\frac{1}{2}a{t}_{2}^{2}$ ④
可得,小球做平拋運動的時間 t2=0.5s
(3)小球與PQ中點發(fā)生正碰,取向右為正方向,由動量守恒定律,可得 mv0=mv1+Mv2 ;⑤
碰后,球和桿各自做勻速直線運動,直到桿進入磁場區(qū)域,由幾何關系得
l=(v2 -v1)t1;⑥
小球做類平拋時,水平方向位移為
0<x=v1t2≤l;⑦
聯(lián)立以上各式得 輕桿的質量 0.05kg≤M<0.25kg
球與桿發(fā)生碰撞,由能量守恒,有
$\frac{1}{2}m{v}_{0}^{2}$≥$\frac{1}{2}m{v}_{1}^{2}+\frac{1}{2}M{v}_{2}^{2}$;⑧
聯(lián)立⑤⑧可得,桿的質量 M≤0.1kg
綜上所述,輕桿PQ的質量M應滿足的條件是0.05kg≤M<0.1kg.
答:
(1)小球從M′N′上小孔射出時的初速度v0是5m/s.
(2)小球做類平拋運動的時間t2是0.5s.
(3)要使小球不進入磁場區(qū)域,導體輕桿PQ的質量M應滿足的條件是0.05kg≤M<0.1kg.
點評 本題是復雜的力電綜合題,正確分析球和桿的運動情況,把握每個過程的物理規(guī)律,特別是注意幾何關系的分析是解答的關鍵,可運用程序法進行分析.
科目:高中物理 來源: 題型:多選題
A. | 氣體對外做功 | B. | 氣體密度增大 | ||
C. | 氣體從外界吸收熱量 | D. | 氣體分子平均動能減小 |
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科目:高中物理 來源: 題型:解答題
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科目:高中物理 來源: 題型:解答題
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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題
A. | vt | |
B. | $\frac{vt}{2}$ | |
C. | 2vt | |
D. | 由于下落的加速度g未知,故不能確定 |
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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題
A. | 飛船的速度v大于該行星的第一宇宙速度 | |
B. | 該行星的半徑為$\frac{vT}{π}$ | |
C. | 無法測出該行星的質量 | |
D. | 該行星表面的重力加速度為$\frac{2πv}{T}$ |
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科目:高中物理 來源: 題型:多選題
A. | 盧瑟福通過實驗發(fā)現(xiàn)質子的核反應方程為${\;}_{2}^{4}$He+${\;}_{1}^{14}$N→${\;}_{8}^{17}$O+${\;}_{1}^{1}$H | |
B. | 處于激發(fā)態(tài)的氫原子可以發(fā)射γ光子 | |
C. | 湯姆生發(fā)現(xiàn)了氫原子的能級結構 | |
D. | 貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象,證明了原子核并不是構成物質的最小微閏 |
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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題
A. | 增大電子槍的加速電壓,電子運動的周期變大 | |
B. | 增大電子槍的加速電壓,電子束的軌道半徑變小 | |
C. | 增大勵磁線圈中的電流,電子運動的周期變大 | |
D. | 增大勵磁線圈中的電流,電子束的軌道半徑變小 |
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