(10分)如圖的環(huán)狀軌道處于豎直面內(nèi),它由半徑分別為R和2R的兩個半圓軌道、半徑為R的兩個四分之一圓軌道和兩根長度分別為2R和4R的直軌道平滑連接而成。以水平線MN和PQ為界,空間分為三個區(qū)域,區(qū)域Ⅰ和區(qū)域Ⅲ內(nèi)有磁感應(yīng)強度為B的水平向里的勻強磁場,區(qū)域Ⅰ和Ⅱ內(nèi)有豎直向上的勻強電場,電場場強大小為。一質(zhì)量為m、電荷量為+q的帶電小環(huán)穿在軌道內(nèi),它與兩根直軌道間的動摩擦因數(shù)為μ(0<μ<1),而軌道的圓弧形部分均光滑。將小環(huán)在較長的直軌道CD下端的C點無初速釋放(不考慮電場和磁場的邊界效應(yīng),重力加速度為g),求:

(1)小環(huán)在第一次通過軌道最高點A時的速度vA的大。
(2)小環(huán)在第一次通過軌道最高點A時受到軌道的壓力FN的大;
(3)若從C點釋放小環(huán)的同時,在區(qū)域Ⅱ再另加一垂直于軌道平面向里的水平勻強電場,其場強大小為,則小環(huán)在兩根直軌道上通過的總路程多大?

(1) (2) 
(3)或s=或 s=

解析試題分析:(1)從C到A,洛倫茲力不做功,小環(huán)對軌道無壓力,也就不受軌道的摩擦力.由動能定理,有:
可得:         (3分)
(2)過A點時,研究小環(huán),由受力分析和牛頓第二定律,有:

解得   (3分)
(3)由于0<μ<1,小環(huán)必能通過A點,以后有三種可能:    (4分)
①有可能第一次過了A點后,恰好停在K點,則在直軌道上通過的總路程為:
②也有可能在水平線PQ上方的軌道上往復(fù)若干次后,最后一次從A點下來恰好停在K點,對整個運動過程,由動能定理,有:    得:s=
③還可能最終在D或點速度為零(即在D與點之間振動),由動能定理,有
  得:s=
考點:本題考查帶電粒子在電場磁場中運動。

練習冊系列答案
相關(guān)習題

科目:高中物理 來源: 題型:計算題

(12分)如圖甲所示,放置在水平桌面上的兩條光滑導(dǎo)軌間的距離L=1m,質(zhì)量m=1kg的光滑導(dǎo)體棒放在導(dǎo)軌上,導(dǎo)軌左端與阻值R=4Ω的電阻相連,導(dǎo)體棒及導(dǎo)軌的電阻不計,所在位置有磁感應(yīng)強度為B=2T的勻強磁場,磁場的方向垂直導(dǎo)軌平面向下。現(xiàn)在給導(dǎo)體棒施加一個水平向右的恒定拉力F,并每隔0.2s測量一次導(dǎo)體棒的速度,乙圖是根據(jù)所測數(shù)據(jù)描繪出導(dǎo)體棒的v-t圖象。設(shè)導(dǎo)軌足夠長,求:

(1)力F的大;
(2)t =1.2s時,導(dǎo)體棒的加速度;
(3)估算1.6s內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量。

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科目:高中物理 來源: 題型:計算題

(14分)如圖,從陰極K發(fā)射的熱電子,重力和初速均不計,通過加速電場后,沿圖示虛線垂直射入勻強磁場區(qū),磁場區(qū)域足夠長,寬度為L=2.5cm。已知加速電壓為U=182V,磁感應(yīng)強度B=9.1×10-4T,電子的電量,電子質(zhì)量。求:

(1)電子在磁場中的運動半徑R
(2)電子在磁場中運動的時間t(結(jié)果保留)
(3)若加速電壓大小可以改變,其他條件不變,為使電子在磁場中的運動時間最長,加速電壓U應(yīng)滿足什么條件?

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科目:高中物理 來源: 題型:計算題

(12分)如圖所示,固定的光滑金屬導(dǎo)軌間距為L,導(dǎo)軌電阻不計,上端a、b間接有阻值為R的電阻,導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為θ,且處在磁感應(yīng)強度大小為B、方向垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強磁場中。質(zhì)量為m、電阻為r的導(dǎo)體棒與固定彈簧相連后放在導(dǎo)軌上。初始時刻,彈簧恰處于自然長度,導(dǎo)體棒具有沿軌道向上的初速度v0。整個運動過程中導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸。已知彈簧的勁度系數(shù)為k,彈簧的中心軸線與導(dǎo)軌平行。

(1)求初始時刻通過電阻R的電流I的大小和方向;
(2)當導(dǎo)體棒第一次回到初始位置時,速度變?yōu)関,求此時導(dǎo)體棒的加速度大小a;
(3)導(dǎo)體棒最終靜止時彈簧的彈性勢能為Ep,求導(dǎo)體棒從開始運動直到停止的過程中,電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q。

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科目:高中物理 來源: 題型:計算題

如圖所示,在xOy坐標系中,y>0的范圍內(nèi)存在著沿y軸正方向的勻強電場;在y<0的范圍內(nèi)存在著垂直紙面的勻強磁場(方向未畫出)。已知OA=OC=CD=DE=EF=L,OB=L,F(xiàn)在一群質(zhì)量為m、電荷量大小為q(重力不計)的帶電粒子,分布在A、B之間。t=0時刻,這群帶電粒子以相同的初速度v0沿x軸正方向開始運動。觀察到從A點出發(fā)的帶電粒子恰好從D點第一次進入磁場,然后從O點第一次離開磁場。

(1)試判斷帶電粒子所帶電荷的正負及所加勻強磁場的方向;
(2)試推導(dǎo)帶電粒子第一次進入磁場的位置坐標x與出發(fā)點的位置坐標y的關(guān)系式;
(3)試求從A點出發(fā)的帶電粒子,從O點第一次離開磁場時的速度方向與x軸正方向的夾角θ。(圖中未畫出)

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科目:高中物理 來源: 題型:計算題

(14分)如圖所示,在直角坐標系內(nèi),有一質(zhì)量為,電荷量為的粒子A從原點O沿y 軸正方向以初速度射出,粒子重力忽略不計,現(xiàn)要求該粒子能通過點P(a, -b),可通過在粒子運動的空間范圍內(nèi)加適當?shù)摹皥觥睂崿F(xiàn)。

(1) 若只在整個I、II象限內(nèi)加垂直紙面向外的勻強磁場,使粒子A在磁場中作勻速圓周運動,并能到達P點,求磁感應(yīng)強度B的大小;
(2) 若只在x軸上某點固定一帶負電的點電荷Q, 使粒子A在Q產(chǎn)生的電場中作勻速圓周運動,并能到達P點,求點電荷Q的電量大。
(3) 若在整個I、II象限內(nèi)加垂直紙面向外的勻強磁場,并在第IV象限內(nèi)加平行于x軸,沿x軸正方向的勻強電場,也能使粒子A運動到達P點。如果此過程中粒子A在電、磁場中運動的時間相等,求磁感應(yīng)強度B的大小和電場強度E的大小

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科目:高中物理 來源: 題型:計算題

(18分) 如圖,左邊矩形區(qū)域內(nèi),有場強為E0的豎直向下的勻強電場和磁感應(yīng)強度為B0的垂直紙面向里的勻強磁場,電荷量為q、質(zhì)量不同的帶正電的粒子(不計重力),沿圖中左側(cè)的水平中線射入,并水平穿過該區(qū)域,再垂直射入右邊磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場區(qū)域,該區(qū)域磁場邊界為AA/、BB/,方向垂直紙面向外,左右寬為a,上下足夠長。

(1)求帶電粒子速度的大小v;
(2)如果帶電粒子都能從AA/邊界垂直進入后又返回到AA/邊界,則帶電粒子的質(zhì)量在什么范圍?
(3)如果帶電粒子能與BB/邊界成600角射出磁場區(qū)域(該點未畫出),則該帶點粒子的質(zhì)量是多少?

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科目:高中物理 來源: 題型:計算題

(18分)如圖a所示,豎直直線MN左方有水平向右的勻強電場,現(xiàn)將一重力不計,比荷的正電荷置于電場中O點由靜止釋放,經(jīng)過后,電荷以v0=1.5×104m/s的速度通過MN進入其右方的勻強磁場,磁場與紙面垂直,磁感應(yīng)強度B按圖b所示規(guī)律周期性變化(圖b中磁場以垂直紙面向外為正,以電荷第一次通過MN時為t=0時刻,忽略磁場變化帶來的影響)。求:

(1)勻強電場的電場強度E;
(2)圖b中時刻電荷與O點的豎直距離r。
(3)如圖在O點下方d=39.5cm處有一垂直于MN的足夠大的擋板,求電荷從O點出發(fā)運動到擋板所需要的時間。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)

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科目:高中物理 來源: 題型:計算題

(18分)光滑的平行金屬導(dǎo)軌長L=2 m,兩導(dǎo)軌間距d=0.5 m,軌道平面與水平面的夾角θ=30°,導(dǎo)軌上端接一阻值為R=0.6 Ω的電阻,軌道所在空間有垂直軌道平面向上的勻強磁場,磁場的磁感應(yīng)強度B=1 T,如圖所示.有一質(zhì)量m=0.5 kg、電阻r=0.4 Ω的金屬棒ab,放在導(dǎo)軌最上端,其余部分電阻不計.已知棒ab從軌道最上端由靜止開始下滑到最底端脫離軌道的過程中,電阻R上產(chǎn)生的熱量Q1=0.6 J,取g=10 m/s2,試求:
 
(1)當棒的速度v=2 m/s時,電阻R兩端的電壓;
(2)棒下滑到軌道最底端時速度的大小;
(3)棒下滑到軌道最底端時加速度a的大。

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