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(16分)如图所示,直角坐标系xoy位于竖直平面内,在‑m≤x≤0的区域内有磁感...

(16分)如图所示,直角坐标系xoy位于竖直平面内,在‑满分5 manfen5.comm≤x≤0的区域内有磁感应强度大小B = 4.0×10-4T、方向垂直于纸面向里的条形匀强磁场,其左边界与x轴交于P点;在x>0的区域内有电场强度大小E = 4N/C、方向沿y轴正方向的条形匀强电场,其宽度d = 2m。一质量m = 6.4×10-27kg、电荷量q =‑-3.2×10‑19C的带电粒子从P点以速度v = 4×104m/s,沿与x轴正方向成α=60°角射入磁场,经电场偏转最终通过x轴上的Q点(图中未标出),不计粒子重力。求:

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⑴带电粒子在磁场中运动时间;

⑵当电场左边界与y轴重合时Q点的横坐标;

⑶若只改变上述电场强度的大小,要求带电粒子仍能通过Q点,讨论此电场左边界的横坐标x′与电场强度的大小E′的函数关系。

 

(1)5.23×10-5s(2)x=5m(3)当0<x′<3m时 ;当3m≤≤5m时 【解析】 试题分析:⑴带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律有          (1分) 代入数据得:       (1分) 轨迹如图1交y轴于C点,过P点作v的垂线交y轴于O1点, 由几何关系得O1为粒子运动轨迹的圆心,且圆心角为60°。  (1分) 在磁场中运动时间           (1分) 代入数据得:t=5.23×10-5s          (1分) ⑵带电粒子离开磁场垂直进入电场后做类平抛运动 方法 一: 粒子在电场中加速度(1分) 运动时间              (1分) 沿y方向分速度    (1分) 沿y方向位移           (1分) 粒子出电场后又经时间t2达x轴上Q点 故Q点的坐标为        (1分) 方法二: 设带电粒子离开电场时的速度偏向角为θ,如图1,则: (2分) 设Q点的横坐标为x 则:              (2分) 故x=5m。          (1分) ⑶电场左边界的横坐标为x′。 当0<x′<3m时,如图2,设粒子离开电场时的速度偏向角为θ′, 则:           (1分) 又:          (1分) 由上两式得:     (1分) 当3m≤≤5m时,如图3,有        (2分) 将y=1m及各数据代入上式得:          (1分) 考点:本题考查了带电粒子在电场和磁场中的偏转
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考点分析:
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(16分)1932年,劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器。回旋加速器的工作原理如图所示,置于高真空中的D形金属盒半径为R,两盒间的狭缝很小,带电粒子穿过的时间可以忽略不计。磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直。A处粒子源产生的粒子,质量为m、电荷量为+q ,在加速器中被加速,加速电压为U。加速过程中不考虑相对论效应和重力作用。

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(1)求粒子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比;

(2)求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间t ;

(3)实际使用中,磁感应强度和加速电场频率都有最大值的限制。若某一加速器磁感应强度和加速电场频率的最大值分别为Bm、fm,试讨论粒子能获得的最大动能E

 

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(15分)在游乐节目中,选手需要借助悬挂在高处的绳飞越到水面的浮台上,小明和小阳观看后对此进行了讨论。如图所示,他们将选手简化为质量m=60kg的质点, 选手抓住绳由静止开始摆动,此时绳与竖直方向夹角满分5 manfen5.com=,绳的悬挂点O距水面的高度为H=3m.不考虑空气阻力和绳的质量,浮台露出水面的高度不计,水足够深。取重力加速度满分5 manfen5.com满分5 manfen5.com满分5 manfen5.com

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(1)求选手摆到最低点时对绳拉力的大小F;

(2)若绳长l=2m, 选手摆到最高点时松手落入手中。设水对选手的平均浮力满分5 manfen5.com,平均阻力满分5 manfen5.com,求选手落入水中的深度满分5 manfen5.com

(3)若选手摆到最低点时松手, 小明认为绳越长,在浮台上的落点距岸边越远;小阳认为绳越短,落点距岸边越远,请通过推算说明你的观点。

 

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在某些恒星内,3个α粒子可以结合成一个满分5 manfen5.com核,已知满分5 manfen5.com核的质量为1.99502×10-26kg, α粒子的质量为6.64672×10-27kg,真空中的光速c=3×108m/s,计算这个反应中所释放的核能(结果保留一位有效数字)。

 

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若氢原子的基态能量为E(E<0 ),各个定态的能量值为En=E/n2(n=1,2,3…),则为使一处于基态的氢原子核外电子脱离原子核的束缚,所需的最小能量为   ;若有一群处于n=2能级的氢原子,发生跃迁时释放的光子照射某金属能产生光电效应现象,则该金属的逸出功至多为   (结果均用字母表示)。

 

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如图所示,小车与木箱紧挨着静放在光滑的水平冰面上,现有一男孩站在小车上用力向右迅速推出木箱,关于上述过程,下列说法中正确的是         

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A.男孩和木箱组成的系统动量守恒

B.小车与木箱组成的系统动量守恒

C.男孩、小车与木箱三者组成的系统动量守恒

D.木箱的动量增量与男孩、小车的总动量增量相同

 

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