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扭摆器是同步辐射装置中的插入件,能使粒子的运动轨迹发生扭摆,其简化模型如图所示:...

扭摆器是同步辐射装置中的插入件,能使粒子的运动轨迹发生扭摆,其简化模型如图所示:I、II两处的条形匀强磁场区域的宽度分别为L1、L2,边界竖直,I区域的右边界和II区域的左边界相距L,磁感应强度大小分别为B1、B2,方向相反且垂直纸面。一质量为m、电量为-q、重力不计的粒子,从靠近平行板电容器的负极板处由静止释放,两极板间电压为U,粒子经电场加速后平行纸面射入I区域,射入时的速度方向与水平方向的夹角θ=30°。

(1)当L1=L,B1=B0时,粒子从I区域右边界射出时速度与水平方向的夹角也为30°,求B0及粒子在I区域中运动的时间t1

(2)若L2=L1=L,B2=B1=B0,求粒子在I区域中的最高点与II区域中的最低点之间的高度差h;

(3)若L2=L1=L,B1=B0,为使粒子能返回I区域,求B2应满足的条件;

(4)若L1≠L2,B1≠B2,且已保证粒子能从II区域的右边界射出,为使粒子从II区域右边界射出时速度与从I区域左边界射入时的方向总相同,求B1、B2、L1、L2之间应满足的关系式。

 

 

 

(1)t1= (2)h=h1+h2+h3=(2-)L (3)B2≥ (4)B1L1=B2L2 【解析】(1)在电场中,由动能定理有      qU=mv02-0     ………………… ①(1分) 在磁场1区域中,粒子的运动轨迹如图1所示, 由几何关系有 L=2R0sinθ     ……………………… ②(1分) 由牛顿第二定律有 qv0B0=m  ……………………… ③(1分) 由①②③解得:B0=    … ④(1分) 由运动学规律有 R0·2θ=v0t1     ……………………… ⑤(1分) 得:t1=    …………… ⑥(1分) (2)粒子的运动轨迹如图2所示, 由几何关系有 h1=h3=R0-R0cosθ    …………… ⑦(2分) h2=Ltanθ   ………………………… ⑧(2分) 故所求高度差 h=h1+h2+h3=(2-)L   …… ⑨(1分) (3)粒子的运动轨迹如图3所示, 由几何关系有 L=R2+R2sinθ     ………………… ⑩(2分) 由牛顿第二定律有 qv0B2=m   …………………… ⑾(1分) 由①⑩⑾解得:B2=   … ⑿(1分) 所以满足条件为B2≥   … ⒀(1分) (4)粒子的运动轨迹如图4所示, 设粒子从I区域射出时与水平方向的夹角 为α,由几何关系有 L1=R1sinθ+R1sinα      ………… ⒁(1分) L2=R2sinθ+R2sinα      ………… ⒂(1分) 或 L1=R1sinθ-R1sinα L2=R2sinθ-R2sinα     由牛顿第二定律有 qv0B1=m    ………………… ⒃(1分) qv0B2=m    ………………… ⒄(1分) 由⒁⒂⒃⒄解得:B1L1=B2L2  … ⒅(2分) 本题考查带电粒子在有界磁场中的运动,难度较大,先根据电场力做功求得末速度,和几何关系求得半径,再由洛伦兹力提供向心力求得磁感强度大小,在两个磁场中由于磁场方向不同,偏转方向正好相反,先画出运动轨迹,再由几何关系求得半径大小,由洛伦兹力提供向心力列式求解
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考点分析:
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如图所示,竖直放置的半圆形光滑绝缘轨道半径为R,圆心为O,最高点为D,下端与绝缘水平轨道在B点平滑连接。一质量为m、带电量为+q的小物块置于水平轨道上的A点。已知A、B两点间的距离为L,小物块与水平轨道间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g。

(1)若物块能到达的最高点是半圆形轨道上与圆心O等高的C点,则物块在A点水平向左的初速度应为多大?

(2)若整个装置处于方向竖直向上的匀强电场中,物块在A点水平向左的初速度vA=,沿轨道恰好能到达最高点D,并向右飞出,则匀强电场的场强E多大?

(3)若整个装置处于方向水平向左、场强大小E′=的匀强电场中,现将物块从A点由静止释放,

运动过程中始终不脱离轨道,求物块第2n(n=1、2、3……)次经过B点时的速度大小。

 

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篮球比赛时,为了避免对方运动员的拦截,往往采取将篮球与地面发生一次碰撞后传递给队友的方法传球——击地传球。设运动员甲以v0=5m/s 的水平速度将球从离地面高 h1=0.8m处抛出,球与地面碰撞后水平方向的速度变为原来水平速度的4/5,竖直方向离开地面瞬间的速度变为与地面碰前瞬间竖直方向速度的3/4,运动员乙恰好在篮球的速度变为水平时接住篮球。运动员与篮球均可看成质点,篮球与地面发生作用的时间为0.02s,并认为篮球与地面接触时可看成是水平方向的匀变速运动,不计空气阻力,g取10m/s2,求甲抛球的位置与乙接球的位置之间的水平距离。

 

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小明同学是一位电学实验爱好者,他向老师要了好多电学实验器

材(见表2),准备来探究一段某种材料的电阻,表3是他记录

的实验数据,他在实际测量的时候大约每隔2分钟测量一组数据。

请回答下列问题:

(1)在虚线框内画出小明实验的电路图;(电路中不需要的器材

不要画在图中)

 

(2)在方格纸上作出电阻丝的U—I图线;

(3)由序号为5的这组数据计算出电阻丝的电阻测量值为R=_________Ω,如果考虑到电表的内阻对测量的影响,则此时电阻测量值R跟电阻真实值R相比较,应是R_________R;(填“>”、“<”或“=”)

(4)所画出的U—I图线是弯曲的,主要原因是_____________________________________________,据此材料的特性可以用来制成____________传感器。

 

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在测定匀变速直线运动加速度的实验中,选定一条纸带如图所示。从0点开始,每5个点取一个计数点,其中0、1、2、3、4、5、6都为计数点。测得:x1=1.40 cm,x2=1.90 cm,x3=2.38 cm,x4=2.88 cm,x5=3.39 cm,x6=3.87 cm。(打点计时器所接电源频率为50 Hz)

(1)在计时器打出点4时,小车的速度v4=__________m/s,加速度a=__________m/s2

(2)如果当时电网中交变电流的频率是f=51Hz,而做实验的同学并不知道,那么加速度的测量值与实际值相比__________(选填“偏大”、“偏小”或“不变”)。

(3)通过对加速度的分析,我们知道,影响物体加速度的因素是它受到的力及它的质量。为了探究加速度与力、质量的定量关系,简要说明设计实验时如何应用控制变量法。

 

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从J国带回一把标有“110 V,60 Hz,880 W”的电咖啡壶,该电咖啡壶利用电热丝加热。在我国,为使电咖啡壶能正常工作,需要通过变压器与市电相连。下列说法正确的是

A.若将电咖啡壶直接与市电相连,电功率是1760 W

B.电咖啡壶应接在原、副线圈匝数比为2∶1的副线圈两端

C.电咖啡壶通过变压器正常工作时,与市电相连的原线圈中的电流为4 A

D.电咖啡壶通过变压器正常工作,电热丝中的交变电流频率为30 Hz

 

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