(2009?豐臺(tái)區(qū)一模)如圖所示,真空中有(r,0)為圓心,半徑為r的圓柱形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直于紙面向里,在y=r的虛線(xiàn)上方足夠大的范圍內(nèi),有方向水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為E,從O點(diǎn)向不同方向發(fā)射速率相同的質(zhì)子,質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)軌跡均在紙面內(nèi),設(shè)質(zhì)子在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)半徑也為r,已知質(zhì)子的電量為e,質(zhì)量為m,不計(jì)重力及阻力的作用,求:
(1)質(zhì)子射入磁場(chǎng)時(shí)的速度大;
(2)速度方向沿x軸正方向射入磁場(chǎng)的質(zhì)子,到達(dá)y軸所需的時(shí)間;
(3)速度方向與x軸正方向成30°角(如圖中所示)射入磁場(chǎng)的質(zhì)子,到達(dá)y軸的位置坐標(biāo).
分析:(1)質(zhì)子射入磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力充當(dāng)向心力,由牛頓第二定律求速度.
(2)質(zhì)子沿x軸正向射入磁場(chǎng)后經(jīng)
1
4
圓弧后以速度v垂直于電場(chǎng)方向進(jìn)入電場(chǎng),在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t1=
1
4
T;進(jìn)入電場(chǎng)后做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間,即可求得總時(shí)間.
(3)若質(zhì)子速度方向與x軸正方向成30°角射入磁場(chǎng),在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)過(guò)120°角后從P點(diǎn)垂直電場(chǎng)線(xiàn)進(jìn)入電場(chǎng),畫(huà)出軌跡,由幾何關(guān)系的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式結(jié)合求出到達(dá)y軸的位置坐標(biāo).
解答:解:(1)質(zhì)子射入磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng),有evB=m
v2
r
,①
可得v=
eBr
m

(2)質(zhì)子沿x軸正向射入磁場(chǎng)后經(jīng)
1
4
圓弧后以速度v垂直于電場(chǎng)方向進(jìn)入電場(chǎng),在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t1=
1
4
T=
πm
2eB
,③
進(jìn)入電場(chǎng)后做拋物線(xiàn)運(yùn)動(dòng),沿電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)r后到達(dá)y軸,因此有t2=
2r
a
=
2mr
eE

所求時(shí)間為t=t1+t2=
πm
2eB
+
2mr
eE

(3)質(zhì)子在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)過(guò)120°角后從P點(diǎn)垂直電場(chǎng)線(xiàn)進(jìn)入電場(chǎng),如圖所示.
P點(diǎn)距y軸的距離x1=r+r?sin30°=1.5r⑥
因此可得質(zhì)子從進(jìn)入電場(chǎng)至到達(dá)y軸所需時(shí)間為  t2=
3rm
eE

質(zhì)子在電場(chǎng)中沿y軸方向做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),
因此有y=vt2=Br
3er
mE

質(zhì)子到達(dá)y軸的位置坐標(biāo)為y=r+y′=r+Br
3er
mE

答:
(1)質(zhì)子射入磁場(chǎng)時(shí)的速度大小是
eBr
m
;
(2)速度方向沿x軸正方向射入磁場(chǎng)的質(zhì)子,到達(dá)y軸所需的時(shí)間為
πm
2eB
+
2mr
eE
;
(3)速度方向與x軸正方向成30°角(如圖中所示)射入磁場(chǎng)的質(zhì)子,到達(dá)y軸的位置坐標(biāo)是r+Br
3er
mE
點(diǎn)評(píng):本題主要考查了帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況和基本公式,學(xué)會(huì)運(yùn)用幾何關(guān)系求解相關(guān)物理量,屬于中等難度的題目.
練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

(2009?豐臺(tái)區(qū)一模)如圖所示是世界上早期制作的發(fā)電機(jī)及電動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)裝置,有一個(gè)可繞固定轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的銅盤(pán),銅盤(pán)的一部分處在蹄形磁鐵當(dāng)中.實(shí)驗(yàn)時(shí)用導(dǎo)線(xiàn)A連接銅盤(pán)的中心,用導(dǎo)線(xiàn)B連接銅盤(pán)的邊緣.若用外力搖手柄使得銅盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)時(shí),在AB兩端會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì);若將AB導(dǎo)線(xiàn)連接外電源,則銅盤(pán)會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái).下列說(shuō)法正確的是(  )

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:閱讀理解

(2009?豐臺(tái)區(qū)一模)(1)在《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》的實(shí)驗(yàn)中,已知重錘的質(zhì)量為m,使用的交流電的頻率為f.重錘從高處由靜止開(kāi)始下落,重錘上拖著的紙帶通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一系列的點(diǎn),對(duì)紙帶上的點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量并通過(guò)計(jì)算,就可以驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.
①如圖1所示,選取紙帶上打出的連續(xù)五個(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E,測(cè)出A點(diǎn)距起始點(diǎn)O的距離為s0,點(diǎn)A、C間的距離為s1,點(diǎn)C、E間的距離為s2,用以上給出的已知量寫(xiě)出C點(diǎn)速度的表達(dá)式為υc=
(s1+s2)f
4
(s1+s2)f
4
,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打O點(diǎn)到C點(diǎn)的這段時(shí)間內(nèi),重錘的重力勢(shì)能的減少量為
mg(s0+s1
mg(s0+s1
,動(dòng)能的增加量為
m(s1+s2)2f2
32
m(s1+s2)2f2
32

②某同學(xué)上交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告顯示,重錘增加的動(dòng)能略大于重錘減小的重力勢(shì)能,則出現(xiàn)這一問(wèn)題的原因可能是
BC
BC
.(填字母)
A.重錘的質(zhì)量測(cè)量錯(cuò)誤
B.該同學(xué)自編了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
C.該同學(xué)實(shí)驗(yàn)操作時(shí)先釋放紙帶,后接通電源
D.重錘下落時(shí)受到的阻力過(guò)大

(2)有一根很細(xì)的均勻空心金屬管,管長(zhǎng)約50cm、電阻約為10Ω,現(xiàn)需測(cè)定它的內(nèi)徑d,但因其內(nèi)徑較小,無(wú)法用游標(biāo)卡尺直接測(cè)量.已知這種金屬的電阻率為ρ.實(shí)驗(yàn)室中可以提供下列器材:
A.厘米刻度尺;   B.毫米刻度尺;
C.螺旋測(cè)微器;   D.電流表(量程300mA,內(nèi)阻約lΩ);
E.電流表(量程3A,內(nèi)阻約0.lΩ)”;   F.電壓表(量程3V,內(nèi)阻約6kΩ);
G.滑動(dòng)變阻器(最大阻值1kΩ,額定電流0.5A);
H.滑動(dòng)變阻器(最大阻值5Ω,額定電流2A);
L.蓄電池(電動(dòng)勢(shì)6V,內(nèi)阻0.05Ω);J.開(kāi)關(guān)一個(gè)及帶夾子的導(dǎo)線(xiàn)若干.
請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案,要求實(shí)驗(yàn)誤差小,便于調(diào)節(jié).回答下列問(wèn)題:
①實(shí)驗(yàn)中應(yīng)測(cè)物理量的名稱(chēng)及符號(hào)是
金屬管的長(zhǎng)度L、外徑D、加在管兩端的電壓U、通過(guò)管的電流強(qiáng)度I.
金屬管的長(zhǎng)度L、外徑D、加在管兩端的電壓U、通過(guò)管的電流強(qiáng)度I.

②應(yīng)選用的實(shí)驗(yàn)器材有
B、C、D、F、H、I、J
B、C、D、F、H、I、J
;(填字母)
③在圖2所示的方框中畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖;
④按照你設(shè)計(jì)的電路圖將圖2中所示儀器連成實(shí)驗(yàn)電路;
⑤用測(cè)得的物理量和已知量寫(xiě)出計(jì)算金屬管內(nèi)徑d的表達(dá)式為d=
d=
D2-
4ρLI
πU
d=
D2-
4ρLI
πU

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

(2009?豐臺(tái)區(qū)一模)如圖所示,水平地面上方被豎直線(xiàn)MN分隔成兩部分,M點(diǎn)左側(cè)地面粗糙,動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.5,右側(cè)光滑.MN右側(cè)空間有一范圍足夠大的勻強(qiáng)電場(chǎng).在O點(diǎn)用長(zhǎng)為R=5m的輕質(zhì)絕緣細(xì)繩,拴一個(gè)質(zhì)量mA=0.04kg,帶電量為q=+2×10-4的小球A,在豎直平面內(nèi)以v=10m/s的速度做順時(shí)針勻速圓周運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)與地面剛好不接觸.處于原長(zhǎng)的彈簧左端連在墻上,右端與不帶電的小球B接觸但不粘連,B球的質(zhì)量mB=0.02kg,此時(shí)B球剛好位于M點(diǎn).現(xiàn)用水平向左的推力將B球緩慢推至P點(diǎn)(彈簧仍在彈性限度內(nèi)),MP之間的距離為L(zhǎng)=10cm,推力所做的功是W=0.27J,當(dāng)撤去推力后,B球沿地面右滑恰好能和A球在最低點(diǎn)處發(fā)生正碰,并瞬間成為一個(gè)整體C(A、B、C均可視為質(zhì)點(diǎn)),碰后瞬間立即把勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小變?yōu)镋=6×103N/C,電場(chǎng)方向不變.(取g=10m/s2)求:
(1)A、B兩球在碰前勻強(qiáng)電場(chǎng)的大小和方向.
(2)碰撞后整體C的速度.
(3)整體C運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)繩的拉力大。

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

(2009?豐臺(tái)區(qū)模擬)下列關(guān)于電源電動(dòng)勢(shì)的說(shuō)法正確的是(  )

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