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在科学研究中,可以通过施加适当的电场和磁场来实现对带电粒子运动的控制。如图所示,...

在科学研究中,可以通过施加适当的电场和磁场来实现对带电粒子运动的控制。如图所示,某时刻在xOy平面内的第Ⅱ、Ⅲ象限中施加沿y轴负方向、电场强度为E匀强电场,在第Ⅰ、Ⅳ象限中施加垂直于xOy坐标平面向里、磁感应强度为B的匀强磁场。一质量为m,电荷量为q的带正电的粒子从M点以速度v0沿垂直于y轴方向射入该匀强电场中,粒子仅在电场力作用下运动到坐标原点O且沿OP方向进入第Ⅳ象限。在粒子到达坐标原点O时撤去匀强电场(不计撤去电场对磁场及带电粒子运动的影响),粒子经过原点O进入匀强磁场中,并仅在磁场力作用下,运动一段时间从y轴上的N点射出磁场。已知OP与x轴正方向夹角α=60°,带电粒子所受重力及空气阻力均可忽略不计,求:

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(1)MO两点间的电势差U

(2)坐标原点O与N点之间的距离d

(3)粒子从M点运动到N点的总时间t

 

(1)(2)(3)+。 【解析】 试题分析:(1)设粒子经过O点的速度为v, 则cosα= (1分) 对于电子经过电场的过程,根据动能定理有: (1分) 解得: (1分) (2)设粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为R,运动轨迹如答图2所示。 洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律有:(1分) 解得: (1分) 根据几何关系可知,O与N之间的距离 (1分) (3)设粒子在电场中从M点运动至O点所用时为t1, 根据牛顿第二定律可知:粒子在电场中的加速度a= (1分) 粒子通过O点时竖直方向速度vy=,根据运动学公式有:vy=at1 解得:t1= (1分) 设粒子在磁场中从O点运动至N点用时为t2,粒子在磁场中运动的周期 (1分) 解得:粒子从M点运动到N点的总时间t= t1+ t2=+ 考点:带电粒子在组合场中的运动。 【名师点晴】由射入磁场的速度方向确定竖直向下的速度大小与合速度的大小,为计算M、O两点间的电势差U做好铺垫;粒子在磁场中运动时,先找好圆心和半径,然后依照几何关系得出第2问的大小;最后一问计算时间时涉及到粒子在电场的时间与磁场的时间,体现了一定的综合性。  
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考点分析:
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如图所示,交流发电机的矩形金属线圈abcd的边长ab=cd=50cm,bc=ad=30cm,匝数n=100,线圈的总电阻r=10Ω,线圈位于磁感应强度B=0.050T的匀强磁场中,线圈平面与磁场方向平行。线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环EF(集流环)焊接在一起,并通过电刷与阻值R=90Ω的定值电阻连接。现使线圈绕过bc和ad边中点、且垂直于磁场的转轴OOˊ以角速度ω=400rad/s匀速转动。电路中其他电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计。求:

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(1)线圈中感应电流的最大值;

(2)线圈转动过程中电阻R的发热功率;

(3)从线圈经过图示位置开始计时,经过满分5 manfen5.com周期时间通过电阻R的电荷量。

 

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如图所示,真空中有平行正对金属板A、B,它们分别接在输出电压恒为U=91V的电源两端,金属板长L=10cm、两金属板间的距离d=3.2 cm, A、B两板间的电场可以视为匀强电场。现使一电子从两金属板左侧中间以v0=2.0×107m/s的速度垂直于电场方向进入电场,然后从两金属板右侧射出。已知电子的质量m=0.91×10-30kg,电荷量e=1.6×10-19C,两极板电场的边缘效应及电子所受的重力均可忽略不计。求:(计算结果保留两位有效数字)

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(1)电子在电场中运动的加速度a的大小;

(2)电子射出电场时在沿电场线方向上的侧移量y

(3)从电子进入电场到离开电场的过程中,其动量增量的大小

 

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如图所示,P、Q两平行金属板间存在着平行于纸面的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场,两板间的距离为d,电势差为U;金属板下方存在一有水平边界、方向垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度为B。电荷量为q的带正电的粒子,以速度v垂直于电场和磁场匀速通过P、Q两金属板间,并沿垂直磁场方向进入金属板下方的磁场,做半径为R的匀速圆周运动。不计两极板电场的边缘效应及粒子所受的重力。求:

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(1)P、Q两金属板间匀强电场场强E的大小;

(2)P、Q两金属板间匀强磁场磁感应强度B0的大小;

(3)粒子的质量m

 

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某科技小组的同学通过查找资料动手制作了一个电池。

(1)甲同学选用图所示的电路图测量该电池的电动势和内阻。在他测量与计算无误的情况下,他所得到的电源电动势E的测量值比真实值偏小。E的测量值比真实值偏小的原因可能是        (选填选项前的字母)造成的。

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A.电压表的分流       B.电流表的分压

(2)乙同学选用图所示的电路图测量该电池的电动势和内阻,其中定值电阻的阻值为R0,根据实验电路图连接好电路闭合开关,逐次改变电阻箱接入电路中电阻的阻值R,读出与R对应的电压表的示数U,并作记录。根据多组实验数据绘出如图所示的满分5 manfen5.com图象,若已知图线的斜率为k,纵轴截距为b,则这个实验中所测电池电动势的测量值E=     ,内阻的测量值r=    

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在描绘一个标有“6.3V 0.3A”小灯泡的伏安特性曲线的实验中,要求灯泡两端的电压由零逐渐增加到6.3V,并便于操作。

已选用的器材有:

学生电源(电动势为9V,内阻约1Ω);

电流表(量程为0~0.6A,内阻约0.2Ω;量程为0~3A,内阻约0.04Ω);

电压表(量程为0~3V,内阻约3kΩ;0~15V,内阻约15kΩ);

开关一个、导线若干。

(1)实验中还需要选择一个滑动变阻器,现有以下两个滑动变阻器,则应选其中的         (选填选项前的字母)。

A.滑动变阻器(最大阻值10Ω,最大允许电流1A)

B.滑动变阻器(最大阻值1500Ω,最大允许电流0.3A)

(2)实验电路图应选用图中的         (选填“甲”或“乙”)。

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(3)请根据(2)中所选的电路图,补充完成图中实物电路的连线。

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(4)接闭合关,改变滑动变阻器滑动端的位置,并记录对应的电流表示数I、电压表示数U。某次测量中电流表选择0~0.6A量程,电压表选择0~15V量程,电流表、电压表示数如图所示,可知该状态下小灯泡电阻的测量值满分5 manfen5.com       Ω(计算结果保留两位有效数字)。

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(5)根据实验数据,画出的小灯泡I-U图线如图所示。由此可知,当小灯泡两端的电压增加时,小灯泡的电阻值将        (选填“变大”或“变小”)。

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