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在粒子物理学的研究中,经常用电场和磁场来控制或者改变粒子的运动。如图所示,在真空...

在粒子物理学的研究中,经常用电场和磁场来控制或者改变粒子的运动。如图所示,在真空室内的P点,能沿平行纸面向各个方向不断发射电荷量为+q、质量为m的粒子(不计重力),粒子的速率都相同。abP点附近的一条水平直线,P到直线ab的距离PC=LQ为直线ab上一点,它与P点相距PQ。当直线ab以上区域只存在垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场时,水平向左射出的粒子恰到达Q点;当ab以上区域只存在平行该平面的匀强电场时,所有粒子都能到达ab直线,且它们到达ab直线时动能都相等,其中水平向左射出的粒子也恰好到达Q点。已知sin37°0.6cos37°0.8,求:

1)粒子的发射速率;

2PQ两点间的电势差;

3)仅有磁场时,能到达直线ab的粒子所用最长时间和最短时间。

 

(1) (2) (3) 【解析】 (1)当只存在匀强磁场时,α粒子由洛伦兹力提供向心力而做匀速圆周运动,画出α粒子的运动轨迹,由几何知识求出α粒子做匀速圆周运动的半径,由牛顿第二定律求出α粒子的发射速率; (2)当只存在匀强电场时,α粒子做类平抛运动,由牛顿第二定律和运动学结合求解PQ两点间的电势差; (3)当仅加上述磁场时,根据几何知识确定出轨迹的圆心角,然后求出能到达直线ab的粒子所用最长时间和最短时间. (1)设粒子做匀速圆周运动的半径为R,过O作PQ的垂线交PQ于A点,如图所示: 由几何知识可得 代入数据可得粒子轨迹半径 洛伦兹力提供向心力Bqv=m 解得粒子发射速度为v= (2)真空室只加匀强电场时,由粒子到达ab直线的动能相等,可知ab为等势面,电场方向垂直ab向下.水平向左射出的粒子经时间t到达Q点,在这段时间内 =L=at2 式中a= U=Ed 解得电场强度的大小为U= (3)只有磁场时,粒子以O1为圆心沿圆弧PD运动,当圆弧和直线ab相切于D点时,粒子速度的偏转角最大,对应的运动时间最长,如图所示.据图有 sin α= 解得α=37° 故最大偏转角γmax=233° 粒子在磁场中运动最大时长 式中T为粒子在磁场中运动的周期. 粒子以O2为圆心沿圆弧PC运动的速度偏转角最小,对应的运动时间最短.据图有 sin β= 解得β=53° 速度偏转角最小为γmin=106° 故最短时长
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考点分析:
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如图所示,两条足够长的平行金属导轨固定在水平面上,导轨平面与水平面间的夹角为θ=37°,导轨间距为L=1m,与导轨垂直的两条边界线MNPQ内有垂直于导轨平面向上的匀强磁场,磁感应强度大小为B0=1TMNPQ间的距离为d=2m,两个完全相同的金属棒abef用长为d=2m的绝缘轻杆固定成字型装置,开始时金属棒abMN重合,已知每根金属棒的质量为m=0.05kg,电阻为R=5Ω,导轨电阻不计,金属棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.5,t=0,字型装置由静止释放,当ab边滑行至PQ处恰好开始做匀速运动,已知sin37°=0.6cos37°=0.8,重力加速度g=10m/s2

:1字型装置开始做匀速运动时的速度是多少?

2字型装置从静止开始,直到ef离开PQ的过程中,金属棒ef上产生的焦耳热Qef是多少?

3)若将金属棒ab滑行至PQ处的时刻记作t=0,从此时刻起,让磁感应强度由B0=1T开始逐渐增大,可使金属棒中不产生感应电流,t=0.5s时磁感应强度B为多大?

 

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如图所示,上表面光滑下表面粗糙的木板放置于水平地面上。可视为质点的滑块静止放在木板的上表面。t=0时刻,给木板一个水平向右的初速度v0,同时对木板施加一个水平向左的恒力F,经一段时间,滑块从木板上掉下来。已知木板质量M=3kg,高h=0.2m,与地面间的动摩擦因数µ=0.2;滑块质量m=0.5kg,初始位置距木板左端L1=0.46m,距木板右端L2=0.14m;初速度v0=2m/s,恒力F=8N,重力加速度g=10m/s2。求:

1)滑块从离开木板开始到落至地面所用时间;

2)滑块离开木板时,木板的速度大小;

3)从滑块离开木板到落到地面的过程中,摩擦力对木板做的功。

 

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①小明同学用螺旋测微器测定某一金属丝的直径,测得的结果如下左图所示,则该金属丝的直径d=_____mm。然后他又用游标尺上标有20等分刻度的游标卡尺测该金属丝的长度L=_____cm

②然后小明又用多用电表粗略测量某金属电阻丝的电阻Rx约为5.0Ω,为了尽可能精确地测定该金属丝的电阻,且测量时要求通过金属丝的电流在00.5A之间变化.根据下列提供的实验器材,解答如下问题:

A、量程0.1A,内阻r1=1Ω的电流表A1

B、量程0.6A,内阻约为0.5Ω的电流表A2

C、滑动变阻器R1全电阻1.0Ω,允许通过最大电流10A

D、滑动变阻器R2全电阻100Ω,允许通过最大电流0.1A

E、阻值为29Ω的定值电阻R3

F、阻值为599Ω的定值电阻R4

G、电动势为6V的蓄电池E

H、电键S一个、导线若干

a)根据上述器材和实验要求完成此实验,请在虚线框内画出测量该金属丝电阻Rx的实验原理图(图中元件用题干中相应的元件符号标注)。

_____

b)实验中测得电表A1示数为I1A2表示数为I2,其它所选的物理量题目中已给定,请写出电阻丝的电阻表达式Rx=_____.

 

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某兴趣小组为测一遥控电动小车的额定功率,进行了如下实验:

①用天平测出电动小车的质量为0.4kg

②将电动小车、纸带和打点计时器按如图1所示安装;

③接通打点计时器(其打点周期为0.02s);

④使电动小车以额定功率加速运动,达到最大速度一段时间后关闭小车电源.待小车静止时再关闭打点计时器(设在整个过程中小车所受的阻力恒定).在上述过程中,打点计时器在纸带上所打的点迹如图2甲、乙所示,图中O点是打点计时器打的第一个点.

请你分析纸带数据,回答下列问题:

1)该电动小车运动的最大速度为_____m/s

2)该电动小车运动过程中所受的阻力大小为_____N

3)该电动小车的额定功率为_____W

 

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2010年,日本发射了光帆飞船伊卡洛斯号造访金星,它利用太阳光的光压修正轨道,节约了燃料。伊卡洛斯号的光帆大约是一个边长为a的正方形聚酰亚胺薄膜,它可以反射太阳光。已知太阳发光的总功率是P0,伊卡洛斯号到太阳的距离为r,光速为c。假设伊卡洛斯号正对太阳,并且80%反射太阳光,那么伊卡洛斯号受到的太阳光推力大小F=_____。(已知光具有波粒二象性,频率为ν的光子,其能量表达式为ε=hν,动量表达式p=h/λ)

 

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