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(19分)如图a所示的平面坐标系xOy,在整个区域内充满了匀强磁场,磁场方向垂直...

(19分)如图a所示的平面坐标系xOy,在整个区域内充满了匀强磁场,磁场方向垂直坐标平面,磁感应强度B随时间变化的关系如图b所示。开始时刻,磁场方向垂直纸面向内(如图),t=0时刻有一带正电的粒子(不计重力)从坐标原点O沿x轴正向进入磁场,初速度为v0=2×103m/s。已知带电粒子的比荷为满分5 manfen5.com,其它有关数据见图中标示。试求:

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(1)满分5 manfen5.com时粒子所处位置的坐标(x1,y1);

(2)带电粒子进入磁场运动后第一次到达y轴时离出发点的距离h;

(3)带电粒子是否还可以返回原点?如果可以,求返回原点经历的时间t′。

 

(1) (2) (3)可以返回原点, 【解析】 试题分析:(1)由题意知,粒子进入磁场后在磁场中做圆周运动,设半径为R,周期为T,由洛伦兹力提供向心力,有: ① (2分) ② (1分) 联解①②并代入数据得: ③ (1分) 比较粒子在磁场中做圆周运动周期T和磁场变化周期可知,粒子在t1时间内运动了三分之一圆周,其圆心为O1,运动轨迹对应的圆心角为120°,作出粒子在磁场中运动的轨迹如图所示。 ④ (1分) 由图中几何关系有: ⑤ (1分) ⑥ (1分) 联解①⑤⑥并代入数据得: ⑦ (1分) (2)根据磁场的变化规律知,粒子在磁场的第一个周期后三分之一周期内做圆周运动的方向将发生变化,设其圆心为O2;第二个周期前三分之二周期内做圆周运动的圆心为O3……,作出粒子在磁场中运动的轨迹如图所示。 ⑧ (1分) 由图中几何关系有: ⑨ (1分) ⑩ (1分) ⑪ (1分) ⑫ (1分) 联解①⑨⑩⑪⑫并代入数据得: ⑬ (1分) (3)可以回到原点; ⑭ (1分) 由于粒子在磁场中做周期性运动,根据对称性和周期性,作出粒子的部分运动轨迹如图所示。 其中以O1、O3、O5、O7、O9、O11为圆心的运动轨迹所对应的圆心角为120°,每段轨迹对应时间为: ⑮ (1分) 以O2、O4、O6、O8、O10、O12为圆心的运动轨迹所对应的圆心角为60°,每段轨迹对应时间为: ⑯ (1分) 由图中几何关系,从原点出发到回到原点的总时间为: ⑰ (1分) 联解③⑮⑯⑰并代入数据得: ⑱ (1分)若有其他合理解法且答案正确,可同样给分。 考点:本题考查了带电粒子在磁场中的运动、匀速圆周运动。  
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考点分析:
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(17分)如图所示,无限长金属导轨EF、PQ固定在倾角为θ=53°的光滑绝缘斜面上,轨道间距L=1 m,底部接入一阻值为R=0.4Ω的定值电阻,上端开口。垂直斜面向上的匀强磁场的磁感应强度B=2T。一质量为m=0.5kg的金属棒ab与导轨接触良好,ab与导轨间动摩擦因数μ=0.2,ab连入导轨间的电阻r=0.1Ω,电路中其余电阻不计。现用一质量为M=2.86kg的物体通过一不可伸长的轻质细绳绕过光滑的定滑轮与ab相连。由静止释放M,当M下落高度h=2.0 m时,ab开始匀速运动(运动中ab始终垂直导轨,并接触良好)。不计空气阻力,sin53°=0.8,cos53°=0.6,取g=10m/s2。求:

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(1)ab棒沿斜面向上运动的最大速度vm

(2)ab棒从开始运动到匀速运动的这段时间内电阻R上产生的焦耳热QR和流过电阻R的总电荷量q。

 

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(15分)如图所示,一粗糙斜面AB与光滑圆弧轨道BCD相切,C为圆弧轨道的最低点,圆弧BC所对圆心角θ=37°。已知圆弧轨道半径为R=0.5m,斜面AB的长度为L=2.875m。质量为m=1kg的小物块可视为质点从斜面顶端A点处由静止开始沿斜面下从B点进入圆弧轨道运动恰能通过最高点D。sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度g=10m/s2求:

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(1)物块经C点时对圆弧轨道的压力Fc

(2)物块与斜面间的动摩擦因数μ

 

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(9分)某同学用伏安法测一节干电池的电动势和内阻,现备有下列器材:

A.被测干电池一节

B.电流表1:量程00.6 A,内阻r=0.3Ω

C.电流表2:量程00.6 A,内阻约为0.1Ω

D.电压表1:量程03 V,内阻未知

E.电压表2:量程015 V,内阻未知

F.滑动变阻器1:010Ω,2 A

G.滑动变阻器2:0100Ω,1 A

H.开关、导线若干

伏安法测电池电动势和内阻的实验中,由于电流表和电压表内阻的影响,测量结果存在系统误差;在现有器材的条件下,要尽可能准确地测量电池的电动势和内阻。

(1)在上述器材中请选择适当的器材:__________(填写选项前的字母

(2)实验电路图应选择下图中的__________(填“甲”或“乙”);

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(3)根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图丙所示的UI图象,则在修正了实验系统误差后,干电池的电动势E__________V,内电阻r__________Ω。

 

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(8分)测量小物块Q与平板P之间的动摩擦因数的实验装置如图所示。AB是半径足够大的、光滑的四分之一圆弧轨道,与水平固定放置的P板的上表面BCB点相切,C点在水平地面的垂直投影为C′。重力加速度为g。实验步骤如下:

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用天平称出物块Q的质量m

测量出轨道AB的半径RBC的长度LCC′的高度h

将物块QA点由静止释放,在物块Q落地处标记其落地点D

重复步骤,共做10次;

10个落地点用一个尽量小的圆围住,用刻度尺测量圆心到C′的距离s

用实验中的测量量表示:

1)物块Q到达B点时的动能EkB__________

2)物块Q到达C点时的动能EkC__________

3)在物块QB运动到C的过程中,物块Q克服摩擦力做的功Wf__________

4)物块Q与平板P之间的动摩擦因数μ=__________

 

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如图所示,空间存在着与圆台母线垂直向外的磁场,各处的磁感应强度大小均为B,圆台母线与竖直方向的夹角为θ。一个质量为m、半径为r的通电匀质金属环位于圆台底部,0~t时间内环中电流大小恒定为I,由静止向上运动经过时间t后撤去该恒定电流并保持圆环闭合,圆环上升的最大高度为H。已知重力加速度为g,磁场的范围足够大。在圆环向上运动的过程中,下列说法正确的是

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A.圆环先做加速运动后做减速运动

B.在时间t内安培力对圆环做功为mgH

C.圆环先有扩张后有收缩的趋势

D.圆环运动的最大速度为满分5 manfen5.com

 

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