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(16分)如图所示装置由加速电场、偏转电场和偏转磁场组成。偏转电场处在加有电压的...

(16分)如图所示装置由加速电场、偏转电场和偏转磁场组成。偏转电场处在加有电压的相距为d的两块水平平行放置的导体板之间,匀强磁场水平宽度为l,竖直宽度足够大,处在偏转电场的右边,如图甲所示。大量电子(其重力不计)由静止开始,经加速电场加速后,连续不断地沿平行板的方向从两板正中间射入偏转电场。当两板没有加电压时,这些电子通过两板之间的时间为2t0,当在两板间加上如图乙所示的周期为2t0、幅值恒为U0的电压时,所有电子均能通过电场,穿过磁场,最后打在竖直放置的荧光屏上(已知电子的质量为m、电荷量为e)。求:

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(1)如果电子在t=0时刻进入偏转电场,求它离开偏转电场时的侧向位移大小;

(2)通过计算说明,所有通过偏转电场的电子的偏向角(电子离开偏转电场的速度方向与进入电场速度方向的夹角)都相同。

(3)要使电子能垂直打在荧光屏上,匀强磁场的磁感应强度为多少?

 

(1)   (2)见解析   (3) 【解析】 试题分析:(1)在t=0时刻,电子进入偏转电场,Ox方向(水平向右为正)做匀速直线运动,Oy方向(竖直向上为正)在0-t0时间内受电场力作用做匀加速运动,加速度         (2分) 在t0-2t0时间内做匀速直线运动,速度        (1分) 侧向位移        (2分) 解得:           (1分) (2)设电子以初速度v0=vx进入偏转电场,在偏转电场中受电场力作用而加速,不管电子是何时进入偏转电场,在它穿过电场的2t0时间内,其Oy方向的加速度是(电压为U0时)或者是0(电压为0时) 根据,可得它在Oy方向上速度增加量都为      (2分) 因此所有电子离开偏转电场时的Oy方向的分速度都相等为        (2分) Ox方向的分速度都为v0=vx,所有电子离开偏转电场的偏向角都相同         (1分) (3)设电子从偏转电场中射出时的偏向角为θ,电子进入匀强磁场后做圆周运动垂直打在荧光屏上,如下图所示,电子在磁场中运动的半径R为:        (2分) 设电子从偏转电场中出来时的速度为vt,则电子从偏转电场中射出时的偏向角为:      (1分) 电子进入磁场后做圆周运动,其半径R为:       (1分) 联立以上各式,解得:          (1分) 考点:此题考查了带电粒子在垂直的电场中做类平抛运动,在垂直的磁场中做匀速圆周运动的规律。
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考点分析:
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(10分)如图所示,固定于水平桌面上足够长的两平行光滑导轨PQ、MN,其电阻不计,间距d=0.5m,P、M两端接有一只理想电压表,整个装置处于竖直向下的磁感应强度B0=0.2T的匀强磁场中,两金属棒L1、L2平行地搁在导轨上,其电阻均为r=0.1Ω,质量分别为M1=0.3kg和M2=0.5kg。固定棒L1,使L2在水平恒力F=0.8N的作用下,由静止开始运动。试求:

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(1) 当电压表读数为U=0.2V时,棒L2的加速度为多大;

(2)棒L2能达到的最大速度vm.

 

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(16分)如图所示,均匀光滑直杆AB长为L,可绕光滑固定转轴O转动,O距B点L/3处。在水平杆的另一端A下摆经过的轨迹上安装光电门,用来测量A端的瞬时速度vA,光电门测量位置和转轴O的高度差h可以调节,有一质最为m的小球套在光滑杆上,重力加速度g取10m/s2

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⑴若杆的质量忽略不计,小球固定在杆OA的中点处,由静止释放杆,请写出光电门测量到的速度vA与高度差h的关系式;

⑵实际情况下杆的质量M不能忽略,拿走小球后重复实验,得到了如图所示的满分5 manfen5.com与h关系图线.请写出杆绕O点转动时的动能Ek与vA的关系式;

⑶若杆的质量M=3kg,小球m=2kg固定在杆OA的中点处,将杆由水平位置静止释放,请根据计算分析在图丙中画出满分5 manfen5.com与h关系图线。

 

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(15分)如图所示,质量为M=2kg的木板B静止在光滑水平面上,质量为m=1kg可视为质点的木块A以水平速度v0=2m/s从右端向左滑上木板,木块与木板间的动摩擦因数为μ=0.5,此时有一水平向右的力F=10N作用在长木扳上,g取10m/s2

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⑴求开始时木块A和木板B各自的加速度大小;

⑵若木板足够长,求从木块滑上木板到木块和木板速度相等所经历的时间;

⑶要使木块不从木板上滑落,求木板的最小长度。

 

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(15分)如图为俯视图,在一光滑水平面上建立x-y平面直角坐标系,有一质量为m的小木块从A点沿x轴方向以某初速度射出,A点离x轴距离为L,小木块沿y轴负方向始终受到恒力F1=F0.小木块的运动轨迹与x轴的交点B到y轴距离为s,当同时施加沿x轴负方向恒力F2时,小木块仍以原来初速度射出。其运动轨迹与x轴的交点C到y轴距离为满分5 manfen5.com,不计空气阻力。

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⑴求小木块初速度v0的大小;

⑵恒力F2的大小;

⑶若F2=-kv,v为小木块的速度.仍以原来的初速度射出小木块,发现小木块垂直x轴匀速通过.求此过程中F2对小木块所做的功。

 

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(15分)如图所示倾角为37°的粗糙斜面AB底端与半径R=0.4m的光滑半圆轨道BC平滑相连,O为轨道圆心,BC为圆轨道直径且处于竖直方向,A、C两点等高.质量m=1kg的滑块从A点由静止开始下滑,恰能滑到与O等高的D点,g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。

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⑴求滑块与斜面间的动摩擦因数μ;

⑵若使滑块能到达C点,求滑块从A点沿斜面滑下时的初速度v0的最小值;

⑶若滑块离开C处的速度大小为4m/s,求滑块从C点飞出至落到斜面上的时间t。

 

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