(14分)如圖所示,豎直平面內(nèi)有兩光滑金屬圓軌道,平行正對放置,直徑均為d,電阻不計(jì)。某金屬棒長L、質(zhì)量m、電阻r,放在圓軌道最低點(diǎn)MM' 處,與兩導(dǎo)軌剛好接觸。兩圓軌道通過導(dǎo)線與電阻R相連。空間有豎直向上的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,F(xiàn)使金屬棒獲得垂直紙面向里的初速度vo,當(dāng)其沿圓軌道滑到最高點(diǎn)NN' 處時,對軌道恰無壓力(滑動過程中金屬棒與圓軌道始終接觸良好)。重力加速度為g,求:
(1)金屬棒剛獲得垂直紙面向里的初速度時,判斷電阻R中電流的方向;
(2)金屬棒到達(dá)最高點(diǎn)NN' 處時,電路中的電功率;
(3)金屬棒從MM' 處滑到NN' 處的過程中,電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱。
(1)由右手定則可判定R中電流方向從b到a (2) (3)QR=(mv- mgd)
解析(1)由右手定則可判定R中電流方向從b到a(2分)
(2)設(shè)金屬棒到達(dá)最高點(diǎn)NN′處時,速度大小為v,由牛頓第二定律得 mg = (2分)
∴ v =
E = BLv (2分)
P = (2分)
∴ P = (1分)
(3)設(shè)整個電路中產(chǎn)生的焦耳熱為Q,則由能量守恒定律得Q= mv-(mv2+mgd) (2分)
又由Q=I2Rt 可知R中的焦耳熱為QR= (2分)
即QR=(mv- mgd)(1分)
考點(diǎn):本題考查了右手定則、法拉第電磁感應(yīng)定律、牛頓第二定律和能量守恒定律。
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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題
(18分)如圖所示,在第一、二象限存在場強(qiáng)均為E的勻強(qiáng)電場,其中第一象限的勻強(qiáng)電場的方向沿x軸正方向,第二象限的電場方向沿x軸負(fù)方向。在第三、四象限矩形區(qū)域ABCD內(nèi)存在垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場,矩形區(qū)域的AB邊與x軸重合。M點(diǎn)是第一象限中無限靠近y軸的一點(diǎn),在M點(diǎn)有一質(zhì)量為m、電荷量為e的質(zhì)子,以初速度v0沿y軸負(fù)方向開始運(yùn)動,恰好從N點(diǎn)進(jìn)入磁場,若OM=2ON,不計(jì)質(zhì)子的重力,試求:
(1)N點(diǎn)橫坐標(biāo)d;
(2)若質(zhì)子經(jīng)過磁場最后能無限靠近M點(diǎn),則矩形區(qū)域的最小面積是多少;
(3)在(2)的前提下,該質(zhì)子由M點(diǎn)出發(fā)返回到無限靠近M點(diǎn)所需的時間。
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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題
(12分) 如圖所示,有界勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2×10-3 T;磁場右邊是寬度L=0.2 m、場強(qiáng)E=40 V/m、方向向左的勻強(qiáng)電場.一帶電粒子電荷量q=-3.2×10-19 C,質(zhì)量m=6.4×10-27 kg,以v=4×104 m/s的速度沿OO′垂直射入磁場,在磁場中偏轉(zhuǎn)后進(jìn)入右側(cè)的電場,最后從電場右邊界射出.(不計(jì)重力)求:
(1)大致畫出帶電粒子的運(yùn)動軌跡;
(2)帶電粒子在磁場中運(yùn)動的軌道半徑;
(3)帶電粒子飛出電場時的動能Ek.
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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題
(18分)如圖,空間存在勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場,電場方向?yàn)閥軸正方向,磁場方向垂直于xy平面(紙面)向外,電場和磁場都可以隨意加上或撤除,重新加上的電場或磁場與撤除前的一樣.一帶正電荷的粒子從P(x=0,y=h)點(diǎn)以一定的速度平行于x軸正向入射.這時若只有磁場,粒子將做半徑為R0的圓周運(yùn)動;若同時存在電場和磁場,粒子恰好做直線運(yùn)動.現(xiàn)在,只加電場,當(dāng)粒子從P點(diǎn)運(yùn)動到x=R0平面(圖中虛線所示)時,立即撤除電場同時加上磁場,粒子繼續(xù)運(yùn)動,其軌跡與x軸交于M點(diǎn).不計(jì)重力.求:
⑴粒子到達(dá)x=R0平面時速度方向與x軸的夾角以及粒子到x軸的距離;
⑵M點(diǎn)的橫坐標(biāo)xM.
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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題
(15分)如圖所示,在x軸的上方有沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場,電場強(qiáng)度為E;在x軸的下方等腰三角形CDM區(qū)域內(nèi)有垂直于xOy平面向外的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,C、D在x軸上,它們到原點(diǎn)O的距離均為a,θ=30°,現(xiàn)將一質(zhì)量為m、帶電量為q的帶正電粒子,從y軸上的P點(diǎn)由靜止釋放,不計(jì)重力作用和空氣阻力的影響.
(1)若粒子第一次進(jìn)入磁場后恰好垂直CM射出磁場,求P、O間的距離;
(2)P、O間的距離滿足什么條件時,可使粒子在電場和磁場中各運(yùn)動3次?
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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題
(8分)如圖所示,相距為d的虛線AB、CD之間存在著水平向左的、場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場,M、N是平行于電場線的一條直線上的兩點(diǎn),緊靠CD邊界的右側(cè)有一O點(diǎn),與N點(diǎn)相距為l,在O點(diǎn)固定一電荷量為(k為靜電力常量)的正點(diǎn)電荷,點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場只存在于CD邊界的右側(cè)。今在M點(diǎn)釋放一個質(zhì)量為m、電量為-e的電子(重力不計(jì))。求:
(1)電子經(jīng)過N點(diǎn)時的速度大小。
(2)判斷電子在CD右側(cè)做什么運(yùn)動,并求出電子從M點(diǎn)釋放后經(jīng)過N點(diǎn)的時間。
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(14分)坐標(biāo)原點(diǎn)O處有一點(diǎn)狀的放射源,它向xoy平面內(nèi)的x軸上方各個方向發(fā)射α粒子,α粒子的速度大小都是v0,在的區(qū)域內(nèi)分布有指向y軸正方向的勻強(qiáng)電場,場強(qiáng)大小為,其中q與m分別為α粒子的電量和質(zhì)量;在的區(qū)域內(nèi)分布有垂直于xoy平面向里的勻強(qiáng)磁場.a(chǎn)b為一塊很大的平面感光板,放置于處,如圖所示.觀察發(fā)現(xiàn)此時恰無粒子打到ab板上.(不考慮α粒子的重力)
(1)求α粒子剛進(jìn)入磁場時的動能;
(2)求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大。
(3)將ab板平移到什么位置時所有粒子均能打到板上? 并求出此時ab板上被α粒子打中
的區(qū)域的長度.
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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題
(16分)為了使粒子經(jīng)過一系列的運(yùn)動后,又以原來的速率沿相反方向回到原位,可設(shè)計(jì)如下的一個電磁場區(qū)域(如圖所示):水平線QC以下是水平向左的勻強(qiáng)電場,區(qū)域Ⅰ(梯形PQCD)內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B;區(qū)域Ⅱ(三角形APD)內(nèi)的磁場方向與Ⅰ內(nèi)相同,但是大小可以不同,區(qū)域Ⅲ(虛線PD之上、三角形APD以外)的磁場與Ⅱ內(nèi)大小相等、方向相反.已知等邊三角形AQC的邊長為2l,P、D分別為AQ、AC的中點(diǎn).帶正電的粒子從Q點(diǎn)正下方、距離Q點(diǎn)為l的O點(diǎn)以某一速度射出,在電場力作用下從QC邊中點(diǎn)N以速度v0垂直QC射入?yún)^(qū)域Ⅰ,再從P點(diǎn)垂直AQ射入?yún)^(qū)域Ⅲ,又經(jīng)歷一系列運(yùn)動后返回O點(diǎn).(粒子重力忽略不計(jì))求:
(1)該粒子的比荷.
(2)粒子從O點(diǎn)出發(fā)再回到O點(diǎn)的整個運(yùn)動過程所需時間.
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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題
如圖所示,豎直平面內(nèi)有一半徑為r、內(nèi)阻為R1、粗細(xì)均勻的光滑半圓形金屬環(huán),在M、N處與相距為2r、電阻不計(jì)的平行光滑金屬軌道ME、NF相接,EF之間接有電阻R2,已知R1=12R,R2=4R。在MN上方及CD下方有水平方向的勻強(qiáng)磁場I和II,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B。現(xiàn)有質(zhì)量為m、電阻不計(jì)的導(dǎo)體棒ab,從半圓環(huán)的最高點(diǎn)A處由靜止下落,在下落過程中導(dǎo)體棒始終保持水平,與半圓形金屬環(huán)及軌道接觸良好,設(shè)平行軌道足夠長。已知導(dǎo)體棒ab下落r/2時的速度大小為v1,下落到MN處的速度大小為v2。
(1)求導(dǎo)體棒ab從A下落r/2時的加速度大小。
(2)若導(dǎo)體棒ab進(jìn)入磁場II后棒中電流大小始終不變,求磁場I和II之間的距離h和R2上的電功率P2。
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