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如图所示,在地面附近有一范围足够大的互相正交的匀强电场和匀强磁场.匀强磁场的磁感...

manfen5.com 满分网如图所示,在地面附近有一范围足够大的互相正交的匀强电场和匀强磁场.匀强磁场的磁感应强度为B,方向水平并垂直纸面向外,一质量为m、带电量为-q的带电微粒在此区域恰好做速度大小为v的匀速圆周运动.(重力加速度为g)
(1)求此区域内电场强度的大小和方向;
(2)若某时刻微粒运动到场中距地面高度为H的P点,速度与水平方向成45,如图所示.则该微粒至少须经多长时间运动到距地面最高点?最高点距地面多高?
(3)在(2)问中微粒运动P点时,突然撤去磁场,同时电场强度大小不变,方向变为水平向右,则该微粒运动中距地面的最大高度是多少?
(1)带电粒子在电场和磁场及重力场能做匀速圆周运动,则有电场力与重力平衡,而洛伦兹力提供向心力.从而根据平衡条件可确定电场强度的大小与方向; (2)由粒子所受洛伦兹力提供向心力,从而求出运动圆弧的半径与周期,再根据几何关系来确定圆弧最高点与地面的高度及运动时间; (3)当撤去磁场时,粒子受到重力与电场力作用,从而做曲线运动.因此此运动可看成竖直方向与水平方向两个分运动,运用动能定理可求出竖直的高度,最终可算出结果. 【解析】 (1)带电微粒在做匀速圆周运动,电场力与重力应平衡,有mg=Eq,即E=,方向竖直向下. (2)粒子做匀速圆周运动,轨道半径为R,如图所示., 根据几何关系可确定,最高点与地面的距离为, 解得. 该微粒运动周期为T=, 根据运动圆弧对应的圆心角,可得粒子运动至最高点所用时间为. (3)设粒子上升高度为h,由动能定理得, 解得. 微粒离地面最大高度为H+. 答:(1)求此区域内电场强度的大小和方向为竖直向下; (2)该微粒至少须经时间运动到距地面最高点;最高点距地面高度为 (3)该微粒运动中距地面的最大高度是H+.
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即可验证机械能守恒定律
①下面列举了该实验的几个操作步骤
A.按照图示的装置安装器件;
B.将打点计时器接到电源的“直流输出”上
C.用天平测出重锤的质量;
D.先接通电源,后释放纸带,打出一条纸带
E.测量纸带上某些点间的距离;
F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能
其中没有必要进行的步骤是______,操作不当的步骤是______
②利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度.如图2所示是打出的一条纸带,选取纸带上的连续的五个点A、B、C、D、E,测出各点之间的距离如图2所示.使用电流的频率为f,则计算重锤下落的加速度的表达式a=______.(用x1、x2、x3、x4及f表示)
③在验证机械能守恒定律的实验中发现,重锤减小的重力势能总是大于重锤增加的动能,其主要原因是重锤和纸带下落过程中存在阻力作用,可以通过该实验装置测阻力的大小,若已知当地重力加速度为g,还需要测量的物理量是______
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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