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如图所示,空间分布着方向平行于纸面且与场区边界垂直的有界匀强电场,电场强度为E、...

如图所示,空间分布着方向平行于纸面且与场区边界垂直的有界匀强电场,电场强度为E、场区宽度为L。在紧靠电场右侧的圆形区域内,分布着垂直于纸面向外的匀强磁场,磁感应强度B大小未知,圆形磁场区域半径为r。一质量为m,电荷量为q的带正电的粒子从A点由静止释放后,在M点离开电场,并沿半径方向射入磁场区域,然后从N点射出,O为圆心,MON=120°,粒子重力可忽略不计,求

(1)粒子经电场加速后,进入磁场时速度的大小;

(2)匀强磁场的磁感应强度B的大小及粒子从A点出发到从N点离开磁场所经历的时间;

(3)若粒子在离开磁场前某时刻,磁感应强度方向不变,大小突然变为B,此后粒子恰好被束缚在磁场中,则B的最小值为多少?

 

(1);(2);;(3)。 【解析】 (1)设粒子经电场加速后的速度为v,根据动能定理有: 解得: (2)粒子在磁场中完成了如图所示的部分圆运动,设其半径为R,因洛伦兹力提供向心力所以有: 由几何关系得: 所以 设粒子在电场中加速的时间为t1,在磁场中偏转的时间t2,则粒子在电场中运动的时间 粒子在磁场中做匀速圆周运动,其周期为 由于∠MON=120°,所以∠MO′N=60°,故粒子在磁场中运动时间 所以粒子从A点出发到从N点离开磁场所用经历的时间: (3)如图所示,当粒子运动到轨迹与OO′连线交点处,改变磁场大小时,恰好被束缚在磁场中,粒子运动的半径最大,即B′对应最小值, 由几何关系得,此时半径: 据洛伦兹力充当向心力有: 所以  
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如图,一质量为m、边长为l的正方形金属线框abcd沿倾角为θ=30°的光滑斜面由静止下滑,依次经过宽度均为l的两匀强磁场区域,下滑过程中,线框bc边一直与磁场边界平行,且金属线框bc边的初始位置离磁场的上边界的距离为,两磁场的方向均垂直斜面向里,区域的磁感应强度是区域的磁感应强度的2倍。两磁场的间距为LL未知,但Ll),线框进入磁场时,恰好做匀速运动,从磁场I中穿出后又匀速通过磁场。重力加速度为g,求:

(1)两磁场中匀速运动时的速度大小的比值;

(2)写出Ll的关系式;

(3)若斜面底端离磁场下边界的距离为l,求金属线框从静止开始下滑到底端所产生的热量。

 

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某游戏设施如图所示,由半圆形APB和直线BC组成的细圆管轨道固定在水平桌面上(圆半径比细管内径大得多),轨道内壁光滑。已知APB部分的半径R=0.4m。弹射装置将一质量m=0.2kg的小球(可视为质点)以水平初速度v0A点弹入轨道,小球从C点离开轨道水平抛出,落地点DC点的水平距离为s=0.8m,桌子的高度h=0.8m,不计空气阻力,取g=10m/s2.求:

(1)小球水平初速度v0的大小;

(2)小球在半圆形轨道上运动时细圆管对小球的作用力F的大小。

 

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如图所示,两足够长平行金属导轨间的距离L=1m,金属导轨所在的平面与水平面夹角θ=37°,在导轨所在平面内,分布着磁感应强度B=0.50T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场。金属导轨的一端接有电动势E=4.5V、内阻r=0.50Ω的直流电源。现把一个质量m=0.050kg的导体棒ab放在金属导轨上,导体棒恰能静止。导体棒与金属导轨垂直、且接触良好,导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R=4Ω。金属导轨电阻不计,取g=10m/s2,已知sin37°=0.60cos37°=0.80。求:

(1)导体棒受到的安培力大小;

(2)导体棒受到的摩擦力大小。

 

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某同学设计了一个研究平抛运动的实验。实验装置示意图如图甲所示,A是一块水平木板,在其上等间隔地开凿出一组平行的插槽(图中P0P0P1P1′……),槽间距离均为d。把覆盖复写纸的白纸铺贴在平面硬板B上。实验时依次将B板竖直插入A板的各插槽中,每次让小球从斜轨道的同一位置由静止释放。每打完一点后,把B板插入后一槽中并同时向纸面内侧平移距离d。实验得到小球在白纸上打下的若干痕迹点,O点为硬板B插入P0P0时。小球打下的痕迹点。以O为原点,水平和竖直方向为xy轴方向,建立坐标系,如图乙所示。

(1)实验前应对斜轨道反复调节,直到______,每次让小球从斜轨道的同一位置由静止释放,是为了保证小球每次做平抛运动的______相同;

(2)每次将B板向内侧平移距离d,是为了______

(3)在图乙中绘出小球做平抛运动的轨迹______

 

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探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系实验中

(1)实验时需要的仪器为图中的___________(填选项字母)

(2)某同学在完成上述实验后,采用如图所示的电路测量变压器原线圈的电阻(阻值较小),为保证电路中各元件安全,实验结束时,首先应断开__________(填选项前的字母)

A.导线A     B.导线B     C.开关C     D.导线D

 

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