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如图所示,在xOy直角坐标平面内﹣0.05m≤x<0的区域有垂直纸面向里的匀强磁...

如图所示,在xOy直角坐标平面内﹣0.05m≤x0的区域有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度B=0.4T0≤x≤0.08m的区域有沿﹣x方向的匀强电场.在x轴上坐标为(﹣0.05m0)的S点有一粒子源,它一次能沿纸面同时向磁场内每个方向发射一个比荷=5×107C/kg,速率v0=2×106m/s的带正电粒子.若粒子源只发射一次,其中只有一个粒子Z恰能到达电场的右边界,不计粒子的重力和粒子间的相互作用(结果可保留根号).求:

1)粒子在磁场中运动的半径R

2)粒子ZS发射时的速度方向与磁场左边界的夹角θ

3)第一次经过y轴的所有粒子中,位置最高的粒子P的坐标;

4)若粒子P到达y轴瞬间电场突然反向,求粒子P到达电场右边界时的速度.

 

(1)粒子在磁场中运动的半径R为0.1m; (2)粒子Z从S发射时的速度方向与磁场左边界的夹角θ为60°或120°; (3)第一次经过y轴的所有粒子中,位置最高的粒子P的坐标为(0,m); (4)若粒子P到达y轴瞬间电场突然反向,粒子P到达电场右边界时的速度为大小2m/s,方向与电场右边界成45°或135°. 【解析】 试题(1)粒子在磁场中做匀速圆周运动:,解得:R=0.1m (2)由题意可知粒子Z垂直电场左边界进入电场,做出粒子Z在磁场中的运动轨迹如图所示,O1为轨迹的圆心,用dB表示磁场区域的宽度,由几何关系可知:,在△SOO1中满足: 代入数据可得:,即粒子Z从S发射时的速度方向与磁场左边界的夹角为60°(或120°) (3)在y轴上位置最高的粒子P的运动轨迹恰与y轴相切于N点,如图所示,N点到x轴的竖直距离L满足: 解得: 即粒子P的位置坐标为(0,) (4)用dE表示电场的宽度,对粒子Z在电场中的运动,由动能定理可得: 代入数据可得: 设沿电场方向的速度为,则 Eq=ma 解得: 所以粒子P到达电场右边界时的速度 方向与电场右边界成450或1350
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如图,所示的电路,电源电动势为E=14V,内阻为r=1Ω,电灯L”2V,4W”电动机D的内阻为R/=0.5 Ω,当可变电阻的阻值为R=1 Ω,电灯和电动机都正常工作,则电动机的额定电压为多少?电动机输出的机械功率为多少?全电路工作1min放出的焦耳热Q为多少?

 

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如图所示,质量为m、电阻为R的单匝矩形线框置于光滑水平面上,线框边长ab=Lad=2L.虚线MNadbc边中点.一根能承受最大拉力F0的细线沿水平方向拴住ab边中点O.从某时刻起,在MN右侧加一方向竖直向下的匀强磁场,磁感应强度大小按B=kt的规律均匀变化.一段时间后,细线被拉断,线框向左运动,ab边穿出磁场时的速度为v. 求:

(1)细线断裂前线框中的电功率P

(2)细线断裂后瞬间线框的加速度大小a及线框离开磁场的过程中安培力所做的功W

(3)线框穿出磁场过程中通过导线截面的电量 q

 

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如图所示的竖直平面内有范围足够大、水平向左的匀强电场,在虚线的左侧有垂直纸面向里的水平的匀强磁场,磁感强度大小为B,一绝缘轨道由两段直杆和一半径为R的半圆环组成,固定在纸面所在的竖直平面内,PQ、MN水平且足够长,半圆环MAP在磁场边界左侧,P、M点在磁场边界线上,NMAP段光滑,PQ段粗糙。现在有一质量为m、带电荷量为+q的小环套在MN杆上,它所受电场力为重力的倍。现将小环从M点右侧的D点由静止释放,D点到M点的水平距离 。求:

(1) 小环第一次到达圆弧轨道最高点P时的速度大小;

(2) 小环第一次通过与O等高的A点时半圆环对小环作用力的大小;

(3) 若小环与PQ间动摩擦因数为μ(设最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等),现将小环移至M点右侧4R处由静止开始释放,通过讨论,求出小环在整个运动过程中克服摩擦力所做的功。

 

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如图甲所示,MPN为直角三角形的三个顶点,NMMP间的夹角MP中点处固定一电荷量为Q的正点电荷,粗糙绝缘杆MN的长,沿MN方向建立x(M点处),今在杆上穿一带正电小球(可视为点电荷),自N点由静止释放,小 球的重力势能和电势能随位置的变化图象如图乙(a)(b)所示,图中电势能已知小球的电荷量,质量m=1.0kg,,重力加速度g=10m/s2

(1)若小球下滑至图中横坐标处时,杆对它的弹力恰好为零,求固定在中点处正点电荷的电荷量Q

(2)求小球在横坐标处的电势能

(3)若该小球从M点以初速度沿轴向上运动,恰好能运动到N点,然后再返回到M点,求小球返回到M点时的动能

 

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如图所示,两平行金属板与一直流电源两极相连,上极板接地,电源的电动势为内阻不可忽略,两板间形成的电场可认为是匀强电场.有质量为,电荷量为的粒子,不间断的从两平行板左侧中点以初速度沿垂直场强的方向射入电场,从右侧射出电场.已知单位时间入射的粒子数为,两平行板的间距为,金属板长度为,不计粒子重力.

1a.求粒子射出电场时沿电场方向的侧移量

b.证明:粒子出射时,沿速度方向的反向延长线一定经过其水平位移的中点.

2)改变电源的电动势,使粒子刚好偏转后打在下极板上,求此时电源的输出功率.

 

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