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如图所示,P点与R点关于坐标原点对称,距离为2a。有一簇质量为m、电量为q的离子,在平面内,从P点以同一速率,沿与轴成()的方向射向同一个垂直于平面的有界匀强磁场,磁感应强度为,这些离子的运动轨迹对称于y轴,聚焦到R点。
(1)求离子在磁场中运动的轨道半径
(2)若离子在磁场中运动的轨道半径为时,求与轴成30°角射出的离子从P点到达R点的时间
(3)试推出在的区域中磁场的边界点坐标与之间满足的关系式
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(16分)如图甲所示,在光滑绝缘的水平桌面上建立一xoy坐标系,平面处在周期性变化的电场和磁场中,电场和磁场的变化规律如图乙所示(规定沿+y方向为电场强度的正方向,竖直向下为磁感应强度的正方向).在t=0时刻,一质量为10g、电荷量为0.1C的带电金属小球自坐标原点O处,以v0=2m/s的速度沿x轴正方向射出.已知E0=0.2N/C、B0=0.2T.求:
(1)t=1s末速度的大小和方向;
(2)1s~2s内,金属小球在磁场中做圆周运动的半径和周期;
(3)(2n-1)s~2ns(n=1,2,3,……)内金属小球运动至离x轴最远点的位置坐标.
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如图所示,A板发出的电子(重力不计)经加速后,水平射入水平放置的两平行金属板M、N间,MN之间有垂直纸面向里的匀强磁场,电子通过磁场后最终打在光屏P上,关于电子的运动,则下列说法中正确的是
A.滑动触头向右移动时,其他不变,则电子打在荧光屏上的位置上升
B.滑动触头向右移动时,其他不变,则电子通过磁场区所用时间不变
C.若磁场的磁感应强度增大,其他不变,则电子打在荧光屏上的速度大小不变
D.若磁场的磁感应强度增大,其他不变,则电子打在荧光屏上的速度变大
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(16分)如图所示,直线MN的下方有竖直向下的匀强电场,场强大小为E=700V/m。在电场区域内有一个平行于MN的挡板PQ;MN的上方有一个半径为R=0.866m的圆形弹性围栏,在围栏区域内有图示方向的匀强磁场,磁感应强度大小为B=1.4T。围栏最低点一个小洞b,在b点正下方的电场区域内有一点a,a点到MN的距离d1=45cm,到PQ距离d2=5cm。现将一个质量为m=0.1g ,带电量q=2×10-3C的带正电小球(重力不计),从a点由静止释放,在电场力作用下向下运动与挡板PQ相碰后电量减少到碰前的0.8倍,且碰撞前后瞬间小球的动能不变,不计小球运动过程中的空气阻力以及小球与围栏碰撞时的能量损失,试求:(已知,)
⑴求出小球第一次与挡板PQ相碰后向上运动的距离;
⑵小球第一次从小洞b进入围栏时的速度大小;
⑶小球从第一次进入围栏到离开围栏经历的时间。
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(16分)用磁聚焦法测比荷的装置如图所示.在真空玻璃管中装有热阴极K和带有小孔的阳极A.在A、K之间加上电压U后,不断地有电子从阴极K由静止加速到达阳极A,并从小孔射出.接着电子进入平行板电容器C,电容器两极板间加有不大的交变电场,使不同时刻通过的电子发生不同程度的偏转;电容器C和荧光屏S之间加一水平向右的均匀磁场,电容器和荧光屏间的距离为L,电子经过磁场后打在荧光屏上,将磁场的磁感应强度从零开始缓慢增大到为B时,荧光屏上的光点的锐度最大(这时荧光屏S上的亮斑最小).
(1)若平行板电容器C的板长为,求电子经过电容器和磁场区域的时间之比;
(2)用U、B、L表示出电子的比荷;
(3)在磁场区域再加一匀强电场,其电场强度的大小为,方向与磁场方向相反,若保持U、L和磁场方向不变,调节磁场的磁感应强度大小,仍使电子在荧光屏上聚焦,则磁感应强度大小满足的条件是什么?
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(16分)如图甲所示,在光滑绝缘的水平桌面上建立一xoy坐标系,平面处在周期性变化的电场和磁场中,电场和磁场的变化规律如图乙所示(规定沿+y方向为电场强度的正方向,竖直向下为磁感应强度的正方向).在t=0时刻,一质量为10g、电荷量为0.1C的带电金属小球自坐标原点O处,以v0=2m/s的速度沿x轴正方向射出.已知E0=0.2N/C、B0=0.2T.求:
(1)t=1s末速度的大小和方向;
(2)1s~2s内,金属小球在磁场中做圆周运动的半径和周期;
(3)(2n-1)s~2ns(n=1,2,3,……)内金属小球运动至离x轴最远点的位置坐标.
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某一空间存在着磁感应强度为B且大小不变、方向随时间t做周期性变化的匀强磁场(如图甲所示),规定垂直纸面向里的磁场方向为正.为了使静止于该磁场中的带正电的粒子能按a→b→c→d→e→f的顺序做横“∞”字曲线运动(即如图乙所示的轨迹),下列办法可行的是(粒子只受磁场力的作用,其他力不计)
A.若粒子的初始位置在a处,在t=时给粒子一个沿切线方向水平向右的初速度
B.若粒子的初始位置在f处,在t=时给粒子一个沿切线方向竖直向下的初速度
C.若粒子的初始位置在e处,在t=T时给粒子一个沿切线方向水平向左的初速度
D.若粒子的初始位置在b处,在t=时给粒子一个沿切线方向竖直向上的初速度
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如图所示,以O为原点建立平面直角坐标系Oxy,沿y轴放置一平面荧光屏,在y>0,0<x<0.5m的区域有垂直于纸面向里的匀强磁场,磁场的磁感应强度大小B=0.5T。在原点O放一个开有小孔粒子源,粒子源能同时放出比荷为q/m =4.0×106kg/C的不同速率的正离子束,沿与x轴成30o角从小孔射入磁场,最后打在荧光屏上,使荧光屏发亮。入射正离子束的速率在0到最大值vm=2.0×106m/s的范围内,不计离子之间的相互作用,也不计离子的重力。
(1)求离子打到荧光屏上的范围。
(2)若在某时刻(设为t=0时刻)沿与x轴成30o角方向射入各种速率的正离子,求经过s时这些离子所在位置构成的曲线方程。
(3)实际上,从O点射入的正离子束有一定的宽度,设正离子将在与x轴成30o~60o角内进入磁场。则某时刻(设为t=0时刻)在这一宽度内向各个方向射入各种速率的离子,求经过s时这些离子可能出现的区域面积。
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如图所示,圆心在原点、半径为的圆将平面分为两个区域,在圆内区域Ⅰ()和圆外区域Ⅱ()分别存在两个匀强磁场,方向均垂直于平面。垂直于平面放置两块平面荧光屏,其中荧光屏甲平行于轴放置在=的位置,荧光屏乙平行于轴放置在=的位置。现有一束质量为m、电荷量为()、动能为的粒子从坐标为(,)的点沿轴正方向射入区域Ⅰ,最终打在荧光屏甲上,出现亮点的坐标为(,)。若撤去圆外磁场,粒子也打在荧光屏甲上,出现亮点的坐标为(,),此时,若将荧光屏甲沿轴负方向平移,发现亮点的轴坐标始终保持不变。不计粒子重力影响。
⑴求在区域Ⅰ和Ⅱ中粒子运动速度、的大小;
⑵求在区域Ⅰ和Ⅱ中磁感应强度、的大小和方向;
⑶若上述两个磁场保持不变,荧光屏仍在初始位置,但从点沿轴正方向射入区域Ⅰ的粒子束改为质量为、电荷量为、动能为的粒子,求荧光屏上出现亮点的坐标。
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(6分)某同学用如图所示的装置做“探究做功和物体动能变化的关系”的实验中,先
使小车不连接橡皮筋,在木板上恰能匀速下滑.则在橡皮筋弹力作用下,合力对小车所做的功 ▲ (选填“大于”、“小于”或“等于”)橡皮筋弹力所做的功;若第一、三次分别用一条、三条并在一起的相同橡皮筋做实验,且两次橡皮筋的伸长相同,则第三次实验中对小车做的功是第一次实验的 ▲ 倍;由本实验可得出的结论是:合外力对物体做的功等于 ▲ .
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