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如图所示,竖直平面xOy内有三个宽度均为首尾相接的电场区域ABFE、BCGF和C...

如图所示,竖直平面xOy内有三个宽度均为首尾相接的电场区域ABFEBCGFCDHG。三个区域中分别存在方向为+y、+y、+x的匀强电场,且电场区域竖直方向无限大,其场强大小比例为212。现有一带正电的物体以某一初速度从坐标为(0 )P点射入ABFE场区,初速度方向水平向右。物体恰从坐标为(2 /2)Q点射入CDHG场区,已知物体在ABFE区域所受电场力和所受重力大小相等,重力加速度为,物体可以视为质点,求:

(1)物体进入ABFE区域时的初速度大小;

(2)物体在ADHE区域运动的总时间;

(3)物体从DH边界射出位置的坐标.

 

(1) (2)(3) 【解析】设三个区域的电场强度大小依次为2E、E、2E,物体在三个区域运动的时间分别t1、t2、t3. (1)在BCGF区域,对物体进行受力分析,由牛顿第二定律得:mg-qE=ma2, 而:2qE=mg 得: 在水平方向有:L=v0t 在竖直方向有: 解得: , (2)在ABEF区域.对物体进行受力分析,在竖直方向有:2qE=mg 物体做匀速直线运动,有: , 在BCGF区域,物体做类平抛运动,有: , 在Q点竖直方向速度为: 则Q点速度为: ,与水平方向夹角为45° 在CDHG区域 由于2qE=mg 对物体进行受力分析,mg,与水平方向夹角为45°,与速度方向相同,物体做匀加速直线运动. 运动到x轴过程,根据运动学公式,有: 解得: 所以有: (3)物体在ABFE区域做匀速直线运动,在BCGF区域物体做类平抛运动,偏移量为 在CDHG区域,沿与水平方向夹角为45°,物体做匀加速直线运动,竖直方向位移为L,则物体从DH边界射出位置的坐标为
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如图所示,倾斜角θ=30°的光滑倾斜导体轨道(足够长)与光滑水平导体轨道连接.轨道宽度均为L=1m,电阻忽略不计.匀强磁场I仅分布在水平轨道平面所在区域,方向水平向右,大小B1=1T;匀强磁场II仅分布在倾斜轨道平面所在区域,方向垂直于倾斜轨道平面向下,大小B2=1T.现将两质量均为m=0.2kg,电阻均为R=0.5Ω的相同导体棒abcd,垂直于轨道分别置于水平轨道上和倾斜轨道上,并同时由静止释放.取g=10m/s2

1)求导体棒cd沿斜轨道下滑的最大速度的大小;

2)若已知从开始运动到cd棒达到最大速度的过程中,ab棒产生的焦耳热Q=0.45J,求该过程中通过cd棒横截面的电荷量;

3)若已知cd棒开始运动时距水平轨道高度h=10mcd棒由静止释放后,为使cd棒中无感应电流,可让磁场Ⅱ的磁感应强度随时间变化,将cd棒开始运动的时刻记为t=0,此时磁场Ⅱ的磁感应强度为B0=1T,试求cd棒在倾斜轨道上下滑的这段时间内,磁场Ⅱ的磁感应强度B随时间t变化的关系式.

 

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如图甲所示的是安全恒温饮水机的自动控制电路.左边是一个对水加热的容器,内有密封绝缘可调的电热丝发热器和接触开关S1,只要有水浸没S1,它就会导通.Rx是一个热敏电阻,低温时呈现高电阻,达到高温时(如水的沸点)呈现低电阻.Ry是一个可变电阻,低温时RxRy,高温(水的沸点)时RxRy.中方框P内是一个逻辑门,A、B是逻辑门的输入端,Z是输出端.当A、B输入都为高电势时,Z才输出高电势.右边虚线框J内是一个继电器,当Z输出高电势时电磁线圈中有电流,S2被吸动闭合,发热器工作.该加热电路中,电的电动势为220V,内电阻为,电热丝是一根额定电流为5A、总阻值为220Ω的均匀电阻丝制成的圆环形滑动变阻器,如图乙所示.

(1)根据题意,甲图中方框P是一个__(选填”、“”、“)逻辑门,该逻辑门输入信号由水位高低控制的输入端是__,输入信号由水温高低控制的输入端是__.(后两空选填“A”、“B”)

(2)当加热电路安全工作时,电的可能最高效率和可能最大输出功率分别是多少?

 

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如图甲所示,有一磁感应强度大小为B、垂直纸面向外的匀强磁场,磁场边界OP与水平方向夹角为45°,紧靠磁场右上边界放置长为L,间距为d的平行金属板MN,磁场边界上的O点与N板在同一水平面上,O1O2是电场左右边界中点.在两板间存在如图乙所示的交变电场(取竖直向下为正方向).某时刻从O点竖直向上同时发射两个相同的粒子ab,质量为m,电量为+q,初速度不同.粒子a在图乙中的t=时刻,从O1点水平进入板间电场运动,由电场中的O2点射出.粒子b恰好从M板左端进入电场.(不计粒子重力和粒子间相互作用,电场周期T未知)

求:(1)粒子ab从磁场边界射出时的速度vavb

(2)粒子aO点进入磁场到射出O2点运动的总时间;

3)如果交变电场的周期,要使粒子b能够穿出板间电场,求这电场强度大小E0满足的条件.

 

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如图所示,在光滑绝缘的水平面上,用长为2L的绝缘轻杆连接两个质量均为m的带电小球AB.A球的带电量为+2q,B球的带电量为﹣3q,两球组成一带电系统.虚线MNPQ平行且相距3L,开始时AB分别静止于虚线MN的两侧,虚线MN恰为AB两球连线的垂直平分线.若视小球为质点,不计轻杆的质量,在虚线MN、PQ间加上水平向右的电场强度为E的匀强电场后.试求:

(1)B球刚进入电场时,带电系统的速度大小;

(2)带电系统向右运动的最大距离和此过程中B球电势能的变化量;

(3)带电系统运动的周期.

 

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如图所示,PQ为粗糙水平面,左端P处有一固定挡板,右端Q处与以速率逆时针转动的水平传送带平滑连接。两滑块AB质量均为mA滑块与处于压缩状态的弹簧不挂接,B滑块静止在Q点。现将A滑块由静止释放,它向右运动距离后与B滑块碰撞,碰撞后AB粘在一起,共同在水平传送带上继续运动,经距离到达传送带最右端M时速度恰好为零。已知两滑块与水平面PQ之间以及与传送带之间的动摩擦因数均为μ,重力加速度为g,求;

1AB碰撞结束时的速度;

2)弹簧的最大弹性势能;

3两滑块与传送带之间因摩擦产生的热量Q

 

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