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(18分) 如图所示,直线MN下方无磁场,上方空间存在两个匀强磁场,其分界线是半...

(18分)

如图所示,直线MN下方无磁场,上方空间存在两个匀强磁场,其分界线是半径为R的半圆,两侧的磁场方向相反且垂直于纸面,磁感应强度大小都为B。现有一质量为m、电荷量为q的带负电微粒从P点沿半径方向向左侧射出,最终打到Q点,不计微粒的重力。求:

(1)微粒在磁场中运动的周期;

(2)从P点到Q点,微粒的运动速度大小及运动时间;

(3)若向里磁场是有界的,分布在以O点为圆心、半径为R和2R的两半圆之间的区域,上述微粒仍从P点沿半径方向向左侧射出,且微粒仍能到达Q点,求其速度的最大值。

说明: 6ec8aac122bd4f6e

 

(1) (2)  (n=2,3,4……),     (n=3,5,7……) (3) 【解析】(1)由     (2分)             (2分) 得         (1分)     (2)粒子的运动轨迹将磁场边界分成n等分(n=2,3,4……) 由几何知识可得: ;  ;   (1分) 又              (1分) 得   (n=2,3,4……)     (1分) 当n为偶数时,由对称性可得    (n=2,4,6……)   (1分) 当n为奇数时,t为周期的整数倍加上第一段的运动时间,即      (n=3,5,7……)            (1分) (3)由几何知识得  ;     (1分) 且不超出边界须有:       (1分) 得                  (1分)  当n=2时 不成立,如图        (1分) 比较当n=3、n=4时的运动半径, 知 当n=3时,运动半径最大,粒子的速度最大.      (2分) 得:             (1分)
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(14分)

在如图所示的装置中,两个光滑的定滑轮的半径很小,表面粗糙的斜面固定在地面上,斜面的倾角为θ=30°。用一根跨过定滑轮的细绳连接甲、乙两物体,把甲物体放在斜面上且连线与斜面平行,把乙物体悬在空中,并使悬线拉直且偏离竖直方向α=60°。现同时释放甲、乙两物体,乙物体将在竖直平面内振动,当乙物体运动经过最高点和最低点时,甲物体在斜面上均恰好未滑动。已知乙物体的质量为m=1㎏,若取重力加速度g=10m/s2。求:甲物体的质量及斜面对甲物体的最大静摩擦力。

说明: 6ec8aac122bd4f6e

 

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(9分)

某同学到实验室做“测电源电动势和内阻”的实验时,发现实验台上有以下器材:

待测电源(电动势约为4V,内阻约为2Ω)

一个阻值未知的电阻R0

电压表(内阻很大,有5V、15V两个量程)两块

电流表(内阻约为5Ω,量程500mA)

滑动变阻器A(0~20Ω,3A)

滑动变阻器B(0~200Ω,0.2A)

电键一个,导线若干。

该同学想在完成学生实验“测电源电动势和内阻”的同时测出定值电阻R0的阻值,设计了如图所示的电路。实验时他用U1U2I分别表示电表V1、V2、A的读数。在将滑动变阻器的滑片移动到不同位置时,记录了U1U2I的一系列值. 其后他在两张坐标纸上各作了一个图线来处理实验数据,并计算了电源电动势、内阻以及定值电阻R0的阻值。

说明: 6ec8aac122bd4f6e

根据题中所给信息解答下列问题:

①在电压表V1接入电路时应选择的量程是_________,滑动变阻器应选择_________(填器材代号“A”或“B”);

②在坐标纸上作图线时,用来计算电源电动势和内阻的图线的横坐标轴、纵坐标轴分别应该用_________、__________表示;用来计算定值电阻R0的图线的横坐标轴、纵坐标轴分别应该用_________、__________表示。(填“U1U2I”或由它们组成的算式)

③若实验中的所有操作和数据处理无错误,实验中测得的定值电阻R0的值________(选填“大于”、“小于”或“等于”)其真实值。

 

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(6分)

一个同学要研究轻质弹簧的弹性势能与弹簧长度改变量的关系,进行了如下实验:在离地面高度为h的光滑水平桌面上,沿着与桌子边缘垂直的方向放置一轻质弹簧,其左端固定,右端与质量为m的一个小钢球接触。当弹簧处于自然长度时,小钢球恰好在桌子边缘,如图所示。让钢球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放,使钢球沿水平方向射出桌面,小钢球在空中飞行后落在水平地面上,水平距离为s

(1)小刚球离开桌面时的速度大小为v=________,弹簧的弹性势能Ep与小钢球质量m、桌面离地面高度h、小钢球飞行的水平距离s等物理量之间的关系式为Ep=____________。

(2)弹簧的压缩量x与对应的钢球在空中飞行的水平距离s的实验数据如下表所示:

弹簧的压缩量x (cm)

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

小钢球飞行的水平距离s (m)

2.01

3.00

4.01

4.96

6.01

7.00

由实验数据,可确定弹性势能Ep与弹簧的压缩量x的关系为(    )(式中k为比例系数)

(A)Ep=kx     (B)Ep=k6ec8aac122bd4f6e   (C)Ep=kx2     (D)Ep=k6ec8aac122bd4f6e

 

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如图所示,A、B均为半个绝缘正方体,质量均为m,在A、B内部各嵌入一个带电小球,A带电量为+q,B带电量为-q,且两个小球的球心连线垂直于AB接触面。A、B最初靠在竖直的粗糙墙上。空间有水平向右的匀强电场,场强大小为E,重力加速度为g。现将A、B无初速度释放,下落过程中始终相对静止,忽略空气阻力,则下列说法中正确的是    (    )

说明: 6ec8aac122bd4f6e

       A.两物块下落的加速度大小均为g

       B.两物块下落的加速度大小应小于g

       C.A、B之间接触面上的弹力为零

       D.B受到A的摩擦力作用,方向沿接触面向上

 

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两个相距很近的等量异号点电荷组成的系统称为电偶极子。设相距为l,电荷量分别为+q和-q的点电荷构成电偶极子。如图物6所示,取二者连线方向为y轴方向,中点O为原点,建立如图所示的xOy坐标系,P点距坐标原点O的距离为rr>>l),PO两点间连线与y轴正方向的夹角为θ,设无穷远处的电势为零,P点的电势为φ真空中静电力常量为k。下面给出φ的四个表达式,其中只有一个是合理的。你可能不会求解P点的电势φ,但是你可以通过一定的物理分析,对下列表达式的合理性做出判断。根据你的判断,φ的合理表达式应为                                           (    )

说明: 6ec8aac122bd4f6e

A.6ec8aac122bd4f6e                                   B.6ec8aac122bd4f6e 

C.6ec8aac122bd4f6e                                  D.6ec8aac122bd4f6e

 

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