【題目】如圖所示,空間內(nèi)有方向垂直紙面(豎直面)向里的有界勻強磁場區(qū)域Ⅰ、Ⅱ,磁感應強度大小未知.區(qū)域Ⅰ內(nèi)有豎直向上的勻強電場,區(qū)域Ⅱ內(nèi)有水平向右的勻強電場,兩區(qū)域內(nèi)的電場強度大小相等.現(xiàn)有一質(zhì)量m=0.01 kg、電荷量q=0.01 C的帶正電滑塊從區(qū)域Ⅰ左側(cè)與邊界MN相距L=2 m的A點以v0=5 m/s的初速度沿粗糙、絕緣的水平面向右運動,進入?yún)^(qū)域Ⅰ后,滑塊立即在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運動,在區(qū)域Ⅰ內(nèi)運動一段時間后離開磁場落回A點.已知滑塊與水平面間的動摩擦因數(shù)μ=0.225,重力加速度g=10 m/s2.
(1)求勻強電場的電場強度大小E和區(qū)域Ⅰ中磁場的磁感應強度大小B1;
(2)求滑塊從A點出發(fā)到再次落回A點所經(jīng)歷的時間t;
(3)若滑塊在A點以v0′=9 m/s的初速度沿水平面向右運動,當滑塊進入?yún)^(qū)域Ⅱ后恰好能做勻速直線運動,求有界磁場區(qū)域Ⅰ的寬度d及區(qū)域Ⅱ內(nèi)磁場的磁感應強度大小B2.
【答案】(1)10 V/m 6.4 T (2)() s (3)m T
【解析】
(1)小球進入復合場區(qū)域后,小球立即在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運動,說明重力與電場力的大小相等,方向相反;A到N的過程中根據(jù)牛頓第二定律可求出小球到達N點的速度。小球離開磁場后做平拋運動,將運動分解,即可求出下落的高度,然后結(jié)合幾何關(guān)系由于洛倫茲力提供向心力的公式即可求出磁感應強度;
(2)小球在AN之間做減速運動,由運動學的公式求出時間;粒子在磁場中做勻速圓周運動,由周期公式即可求出粒子在磁場中運動的時間,根據(jù)平拋運動的規(guī)律求平拋運動的時間,最后求和;
(3)A到N的過程中摩擦力做功,由動能定理即可求出小球到達N點的速度。小球進入?yún)^(qū)域Ⅱ后恰好能沿直線運動,說明小球受到的合外力為0,受力分析即可求出小球的速度,結(jié)合動能定理即可求出有界磁場區(qū)域Ⅰ的寬度d及區(qū)域Ⅱ的磁感應強B2的大小。
(1)滑塊在區(qū)域Ⅰ內(nèi)做勻速圓周運動時,重力與電場力平衡,則有mg=qE
解得E==10 V/m
滑塊在AN間運動時,設水平向右的方向為正方向,由牛頓第二定律可得:
a=-μg=-2.25 m/s2
由運動公式可得v2-v02=2aL
代入數(shù)據(jù)得v=4 m/s
平拋運動過程滿足L=vt3;2r=
做圓周運動滿足qvB1=m
聯(lián)立方程求解得B1=6.4 T
(2)滑塊在AN間的時間
在磁場中做勻速圓周運動的時間
平拋運動的時間t3==0.5 s
總時間為t=t1+t2+t3=s
(3)設滑塊進入磁場時的速度為v′,滿足
-μmgL=mv′2-mv0′2
代入數(shù)據(jù)得v′=6m/s
滑塊在區(qū)域Ⅱ中做直線運動時,合力一定為0,由平衡方程知qv′B2=mg
解得B2=T
滑塊離開磁場區(qū)域Ⅰ時的速度方向一定與水平成45°角.由幾何關(guān)系知當滑塊在區(qū)域Ⅰ中做勻速圓周運動時有
B1qv′=
解得
由題意知d=r·sin 45°=m
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【題目】如圖所示,一條河寬為,一艘輪船正在以的合速度沿垂直于河岸方向勻速渡河,河中各處水流速度都相同,其大小為,行駛中,輪船發(fā)動機的牽引力與船頭朝向的方向相同,某時刻發(fā)動機突然熄火,輪船牽引力隨之消失,輪船相對于水速逐漸減小,但船頭方向始終未發(fā)生變化,由此可以確定( )
A. 發(fā)動機未熄滅時,輪船相對于靜止行駛的速度大小為
B. 若發(fā)動機不會突然熄火,輪船渡河時間為
C. 發(fā)動機熄火后,輪船相對于河岸速度一直減小
D. 發(fā)動機熄火后,輪船相對于河岸速度的最小值
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【題目】如圖所示,水平放置的平行金屬導軌MN和PQ,相距L=0.50 m,導軌左端接一電阻R=0.20 Ω,磁感應強度B=0.40 T的勻強磁場方向垂直于導軌平面,導體棒ac垂直導軌放置,并能無摩擦地沿導軌滑動,導軌和導體棒的電阻均可忽略不計.當ac棒以v=4.0 m/s的速度水平向右勻速滑動時,求:
(1)ac棒中感應電動勢的大小;
(2)回路中感應電流的大小和方向;
(3)維持ac棒做勻速運動的水平外力F的大小和方向.
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【題目】如圖兩根光滑金屬導軌平行放置,導軌所在平面與水平面間的夾角為θ。質(zhì)量為m、長為L的金屬桿ab垂直導軌放置,整個裝置處于勻強磁場中,磁場方向與ab垂直。當金屬桿ab中通有從a到b的恒定電流I時,金屬桿ab保持靜止。則磁感應強度方向和大小可能為: ( )
A. 豎直向上,大小為
B. 平行導軌向上,大小為
C. 水平向右,大小為
D. 水平向左,大小為
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【題目】如圖所示,在平面直角坐標系中有一個垂直于紙面向里的圓形勻強磁場,其邊界過原點O和y軸上的點a(0,L).一質(zhì)量為m、電荷量為e的電子從a點以初速度v0平行于x軸正方向射入磁場,并從x軸上的b點射出磁場,此時速度方向與x軸正方向的夾角為60°。下列說法中正確的是:
A. 電子在磁場中運動的時間為
B. 電子在磁場中運動的時間為
C. 磁場區(qū)域的圓心坐標
D. 電子在磁場中做圓周運動的圓心坐標為(0,-2L)
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【題目】水平方向振動的彈簧振子做簡諧運動的周期為T,則( )
A. 若在時間Δt內(nèi),彈力對振子做的功為零,則Δt一定是T/2的整數(shù)倍
B. 若在時間Δt內(nèi),彈力對振子做的功為零,則Δt可能小于T/2
C. 若在時間Δt內(nèi),彈簧振子的速度變化量為零,則Δt一定是T的整數(shù)倍
D. 若在時間Δt內(nèi),彈簧振子的速度變化量為零,則Δt可能小于T/4
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【題目】如圖所示,直角坐標系的第二象限內(nèi)有沿y軸負方向的勻強電場,電場強度大小E=1.8×104V/m。在第二象限內(nèi)的a(-0.16m,0.21m)、c(-0.16m,0.11m)兩點之間有一帶電離子發(fā)射帶,能連續(xù)不斷的發(fā)射方向沿x軸正方向、速度大小v0=4.8×105m/s的帶正電離子,離子的比荷=6×107C/kg。在以x軸上的M(0.2m,0)為圓心、半徑R=0.16m的圓形區(qū)域內(nèi)有垂直坐標平面向外的勻強磁場,磁感應強度大小B=6.25×10-2T。不計重力及離子之間的相互作用力。
(1)求粒子進入磁場時,離子帶的寬度d;
(2)從a、c兩點發(fā)射的離子,都從磁場邊界上的同一點離開磁場,求兩離子離開磁場時的速度方向的夾角。
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【題目】某同學用如圖所示的實驗裝置來驗證“力的平行四邊形定則”.彈簧測力計A掛于固定點P,下端用細線掛一重物M.彈簧測力計B的一端用細線系于O點,手持另一端向左拉,使結(jié)點O靜止在某位置.分別讀出彈簧測力計A和B的示數(shù),并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點的位置和拉線的方向.
(1)圖中實驗用的彈簧測力計A的示數(shù)為________N.
(2)下列能減小實驗誤差的措施是________
A.讓重物M的質(zhì)量適當大一些;
B.彈簧測力計應在使用前校零;
C.彈簧測力計B所拉的細繩套應盡可能保持水平方向;
D.改變拉力,進行多次實驗,每次都要使O點靜止在同一位置.
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【題目】如圖所示的電路中,理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2=22∶5,電阻R1=R2=25Ω,D為理想二極管,原線圈接u=220sin(100πt) V的交流電,則( )
A. 交流電的頻率為100 HzB. 通過R2的電流為1A
C. 通過副線圈的電流為3.414AD. 變壓器的輸入功率為150W
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