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题型:简答题
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简答题 · 19 分

在竖直平面内存在如图所示的绝缘轨道,一质量为m=0.4kg、带电量为q=+0.4C的小滑块(可视为质点)在外力作用下压缩至离B点0.05m,此时弹性势能=17.25J,弹簧一端固定在底端,与小滑块不相连,弹簧原长为2.05m,轨道与滑块间的动摩擦因数.某时刻撤去外力,经过一段时间弹簧恢复至原长,再经过1.8s,同时施加电场和磁场,电场平行于纸面,且垂直x轴向上,场强E=10N/C;磁场方向垂直于纸面,且仅存在于第二、三象限内,最终滑块到达N(6m,0)点,方向与水平方向成30º斜向下.(答案可用π表示,)

⑴求弹簧完全恢复瞬间,小滑块的速度;

⑵求弹簧原长恢复后1.8s时小滑块所在的位置;

⑶求小滑块在磁场中的运动的时间.

正确答案

(1)=7.5m/s       

(2)小滑块此时刚好到达坐标原点

(3)

解析

⑴如图所示,弹簧释放到恢复原长经过位移s到达D点,根据能量关系,有:

                      

其中

解得:=7.5m/s                                        

⑵此后小滑块沿斜面向上做减速运动,由牛顿第二定律得:

                          

解得小滑块的加速度大小为:=7.5                    

设小滑块运动到E点的速度为0,上升的位移为,则运动时间为:

=                                        

上升的位移为:==3.75m                                 

接着小滑块沿斜面下滑,运动时间为:=(1.8-1)s=0.8s

由牛顿第二定律有:            

解得:=2.5                                        

则下滑的位移为:=                            

由图中几何关系知:BD+=BO+                        

即小滑块此时刚好到达坐标原点.                      

⑶施加电场和磁场后,由题中数据知:

即小滑块只受洛伦兹力作用,做圆周运动到P(0,m)点,然后做匀速直线运动运动到N(6m,0).

小滑块进入磁场的速度为:=2m/s

洛伦兹力提供向心力:

由图中几何关系知小滑块做圆周运动的半径为:r=2m

解得:=1T

运动周期为:

在磁场中运动的时间为:==s

知识点

牛顿运动定律的综合应用带电粒子在混合场中的运动
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题型:简答题
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简答题 · 18 分

25.如图,在xoy直角坐标系中,在第三象限有一平行x轴放置的平行板电容器,板间电压。现有一质量,带电量的带正电的粒子(不计重力),从下极板处由静止开始经电场加速后通过上板上的小孔,垂直x轴从A点进入第二象限的匀强磁场中。磁场方向垂直纸面向外,磁感应强度B=1T。粒子在磁场中转过四分之一圆周后又从B点垂直y轴进入第一象限,第一象限中有平行于y轴负方向的匀强电场E,粒子随后经过x轴上的C点,已知OC=1m。求:

(1)粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径r。

(2)第一象限中匀强电场场强E的大小。

正确答案

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带电粒子在混合场中的运动
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题型:简答题
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简答题 · 18 分

25.如图所示,在虚线MN的上方存在方向垂直纸面向里,磁感应强度为B的匀强磁场.在

MN的下方垂直MN的虚线QQ′右侧存在方向水平向左,场强为E的匀强电场.现有两个完全相同的带正电的粒子从MN上的P点先后以大小相同的速度v垂直磁场方向进入匀强磁场,结果同时经过MN上的Q点离开磁场,已知粒子的质量为m,带电量为q,.不计重力和粒子间的相互作用力,

求:

(1)两粒子先后进入磁场的时间间隔;

(2)两粒子离开Q点后经多长时间相距最远,最远距离为多少?

正确答案

(1)由几何知识有:

 

(2)粒子离开电场时两粒子的距离距最远并保持不变

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带电粒子在混合场中的运动
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题型:简答题
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简答题 · 20 分

26.如图所示,相距3L的AB、CD两直线间的区域存在着两个大小不同、方向相反的有界匀强电场,其中PT上方的电场I的场强方向竖直向下,PT下方的电场II的场强方向竖直向上,电场I的场强大小是电场Ⅱ的场强大小的两倍,在电场左边界AB上有点Q,PQ间距离为L。从某时刻起由Q以初速度v0沿水平方向垂直射入匀强电场的带电粒子,电量为+q、质量为m。通过PT上的某点R进入匀强电场I后从CD边上的M点水平射出,其轨迹如图,若PR两点的距离为2L。不计粒子的重力。试求:

(1)匀强电场I的电场强度E的大小和MT之间的距离;

(2)有一边长为a、由光滑弹性绝缘壁围成的正三角形容器,在其边界正中央开有一小孔S,将其置于CD右侧且紧挨CD边界,若从Q点射入的粒子经AB、CD间的电场从S孔水平射入容器中。欲使粒子在容器中与器壁多次垂直碰撞后仍能从S孔射出(粒子与绝缘壁碰撞时无机械能和电量损失),并返回Q点,需在容器中现加上一个如图所示的匀强磁场,粒子运动的半径小于a/2,求磁感应强度B的大小应满足的条件以及从Q出发再返回到Q所经历的时间。

正确答案

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带电粒子在混合场中的运动
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题型:简答题
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简答题 · 18 分

25.如图所示,中心带孔的平行板电容器水平放置,板长L=0.4m,板间距离为d=0.6m,两板间电压U=6V,使板间产生匀强电场(电场只存在于两板间)。一带电微粒在正对小孔上方距小孔h=0.8m高处由静止释放,经t=0.55s从下极板小孔处穿出。(不计空气阻力,g=10m/s2)求:

(1)微粒进入上极板小孔时的速度及在两极板间运动的时间;

(2)若在两极板间再加一垂直纸面的匀强磁场,其他条件不变,微粒仍从原来位置由静止释放,为使微粒从两极板右侧偏出,求所加磁场的磁感应强度的方向及大小应满足的条件。

正确答案

(1)微粒进入电场前做自由落体运动。设进入电场前速度为υ,所用时间为,则

(2)未加磁场前,因为,所以微粒在进入电场后做匀速运动。

Eq=mg,而,所以

加磁场B后,微粒做匀速圆周运动,若微粒恰好从上极板右边缘偏出,则微粒做圆周运动的半径为,则轨道半径

,得

若微粒恰好从下极板右边缘偏出,半径为,则利用几何关系得:

,得


根据未加磁场前微粒做匀速运动可判断微粒带负电,再利用左手定则可判断磁感应强度方向垂直纸面向外。       

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带电粒子在匀强电场中的运动带电粒子在混合场中的运动
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