【題目】如下圖所示為一種電磁裝置,由粒子源、加速電場、偏轉(zhuǎn)電場、勻強(qiáng)磁場組成。在S點(diǎn)有一粒子源,能不斷釋放電量為q,質(zhì)量為m的靜止帶電粒子,被加速電壓為U,極板間距離為d的勻強(qiáng)電場加速后,從正中央垂直射入電壓為U的勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)電場(偏轉(zhuǎn)電場中場強(qiáng)隨時(shí)間變化如左圖所示),偏轉(zhuǎn)極板長度和極板距離均為L,帶電粒子在偏轉(zhuǎn)電場中一次偏轉(zhuǎn)后即進(jìn)入一個(gè)垂直紙面方向的勻強(qiáng)磁場,其磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。若不計(jì)重力影響,欲使帶電粒子通過某路徑返回S點(diǎn),求:
(1)粒子進(jìn)入磁場時(shí)速度大小;
(2)勻強(qiáng)磁場的寬度D至少為多少;
(3)該帶電粒子周期性運(yùn)動(dòng)的周期T是多少?偏轉(zhuǎn)電壓正負(fù)極多長時(shí)間變換一次方向.
【答案】(1) (2) (3) ;
【解析】試題分析:(1)對在加速電場中運(yùn)用動(dòng)能定理,結(jié)合在偏轉(zhuǎn)電場中做類平拋運(yùn)動(dòng)求出偏轉(zhuǎn)位移的大小和偏轉(zhuǎn)角,對整個(gè)過程運(yùn)用動(dòng)能定理,求出粒子進(jìn)入磁場的速度.(2)粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),由牛頓第二定律可以求出粒子的軌道半徑,結(jié)合幾何關(guān)系求出勻強(qiáng)磁場的最小寬度.(3)粒子在加速電場中勻加速直線勻加速直線運(yùn)動(dòng),在偏轉(zhuǎn)電場中做類平拋運(yùn)動(dòng),在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式和推論以及在磁場中運(yùn)動(dòng)的周期公式求出帶電粒子的周期T.偏轉(zhuǎn)電壓正負(fù)極變換一次方向的時(shí)間等于粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間.
(1)如圖所示
粒子在加速電場中加速,由動(dòng)能定理得: ,解得:
由于粒子在電場加速過程中做勻加速直線運(yùn)動(dòng),則加速的時(shí)間:
粒子在偏轉(zhuǎn)電場中做類平拋運(yùn)動(dòng),其加速度為:
粒子通過偏轉(zhuǎn)電場的時(shí)間為:
粒子在偏轉(zhuǎn)電場中的側(cè)移距離為:
側(cè)向速度為:
則粒子射出偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的速度為:
(2)以速度v進(jìn)入磁場做勻速圓周運(yùn)動(dòng),設(shè)半徑為R,有:
解得:
則磁場寬度D為:
(3)由幾何關(guān)系得: ,解得:
粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期為:
故粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為:
粒子從S出發(fā)回到S的周期為:
偏轉(zhuǎn)電壓正負(fù)極換向?qū)嶋Ht為:
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科目:高中物理 來源: 題型:
【題目】如圖所示,在垂直于紙面向里的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,兩根光滑平行金屬軌道MN、PQ固定在豎直平面內(nèi),相距為L,電阻不計(jì),中間連接阻值為R的電阻。電阻為r的金屬導(dǎo)體棒ab垂直于MN、PQ放在軌道上,且與軌道接觸良好,以速度v豎直向下做勻速運(yùn)動(dòng)。探究此過程中,在時(shí)間內(nèi)重力做的功與感應(yīng)電流的電功之間的關(guān)系,并說明能量轉(zhuǎn)化情況。
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【題目】如圖甲所示,邊長L=0.4m的正方形線框總電阻R=1Ω(在圖中用等效電阻畫出),方向垂直紙面向外的磁場充滿整個(gè)線框平面。磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的情況如圖乙所示,則下列說法中正確的是( )
A. 回路中電流方向沿逆時(shí)針方向 B. 線框所受安培力逐漸減小
C. 5s末回路中的電動(dòng)勢為0.08V D. 06s內(nèi)回路中產(chǎn)生的電熱為3.84×102J
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【題目】電場強(qiáng)度方向與x軸平行的靜電場,其電勢φ隨x的分布如圖所示,一質(zhì)量為m、帶電量為+q的粒子(不計(jì)重力),以初速度v0從O點(diǎn)(x=0)沿x軸正方向進(jìn)入電場。下列敘述正確的是
A. 粒子從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到x3點(diǎn)的過程中,在x3點(diǎn)速度最大
B. 粒子從x1點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到x3點(diǎn)的過程中,電勢能先減小后增大
C. 要使粒子能運(yùn)動(dòng)到x4處,粒子的初速度v0至少為
D. 若,則粒子在運(yùn)動(dòng)過程中的最大動(dòng)能為
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【題目】質(zhì)量為m的通電導(dǎo)體棒ab置于傾角為θ的導(dǎo)軌上,如圖甲所示.已知導(dǎo)體與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,在圖乙所加各種磁場中,導(dǎo)體均靜止,則導(dǎo)體與導(dǎo)軌間摩擦力為零的可能情況是: ( )
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【題目】如圖,兩平行光滑金屬導(dǎo)軌位于同一水平面上,相距l=0.5m,左端與一電阻R=4相連;整個(gè)系統(tǒng)置于勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=2T,方向豎直向下。一質(zhì)量為m=0.5kg、電阻為r=1的導(dǎo)體棒ab置于導(dǎo)軌上,在水平外力作用下沿導(dǎo)軌以速度v=5m/s勻速向右滑動(dòng),滑動(dòng)過程中始終保持與導(dǎo)軌垂直并接觸良好。已知重力加速度大小為g=10m/s2,導(dǎo)軌的電阻可忽略。
求:
(1)ab棒產(chǎn)生的電動(dòng)勢大小并判斷棒ab端電勢的高低;
(2)水平外力F的大小。
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【題目】如圖所示,在光滑的水平面上有一物體M,物體上有一光滑的半圓弧軌道,最低點(diǎn)為C,兩端A、B一樣高.現(xiàn)讓小滑塊m從A點(diǎn)靜止下滑,則( )
A. m能到達(dá)小車上的B點(diǎn)
B. m從A到C的過程中M向左運(yùn)動(dòng),m從C到B的過程中M向右運(yùn)動(dòng)
C. m從A到B的過程中小車一直向左運(yùn)動(dòng),m到達(dá)B的瞬間,M速度為零
D. M與m組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒,動(dòng)量守恒
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【題目】如圖甲所示,A、B是兩塊水平放置的足夠長的平行金屬板,組成偏轉(zhuǎn)勻強(qiáng)電場,B板接地。A板電勢φA隨時(shí)間變化情況如圖乙所示,C、D兩平行金屬板豎直放置,中間有兩正對小孔O1′和O2,兩板間電壓為U2,組成減速電場,F(xiàn)有一帶負(fù)電粒子在t=0時(shí)刻以一定初速度沿AB兩板間的中軸線O1O1′進(jìn)入,并能從O1′沿O1′O2進(jìn)入C、D間。已知帶電粒子帶電荷量為-q,質(zhì)量為m,(不計(jì)粒子重力)求:
(1)該粒子進(jìn)入A、B間的初速度v0為多大時(shí),粒子剛好能到達(dá)O2孔;
(2)在(1)的條件下,A、B兩板長度的最小值;
(3)A、B兩板間距的最小值。
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【題目】如圖所示,在半徑r=0.5m的圓形區(qū)域I內(nèi)有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小、方向垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場。區(qū)域I的正上方有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小、方向垂直于紙面向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場區(qū)域II。區(qū)域II水平寬度足夠大、高度為d=0.4m,理想水平下邊界和區(qū)域I的理想邊界相切于A點(diǎn)。一足夠大且垂直于紙面的薄熒光平板與區(qū)域II的理想上邊界重合。為紙面內(nèi)過圓心O的水平直線。在圓的右側(cè)放置一臺(tái)帶電粒子發(fā)射器,它向左平行于發(fā)射出一束比荷的帶正電的相同粒子,粒子的速度大小均為。發(fā)射時(shí),這束粒子沿豎直方向均勻分布在上下兩側(cè)高度各為的范圍內(nèi)。粒子的重力、粒子間的相互作用力均忽略不計(jì)。。求:
(1)粒子在磁場區(qū)域I中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑大小。
(2)打到熒光板的粒子占粒子總數(shù)的百分比。
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