题目内容
【题目】如图所示,两块水平放置、相距为d的长金属板接在电压可调的电源上.两板之间的右侧区域存在方向垂直纸面向里的匀强磁场.将喷墨打印机的喷口靠近上板下表面,从喷口连续喷出质量均为m、水平速度均为v0、带相等电荷量的墨滴.调节电源电压至U,墨滴在电场区域恰能沿水平向右做匀速直线运动;进入电场、磁场共存区域后,最终垂直打在下板的M点.
(1)判读墨滴所带电荷的种类,并求其电荷量;
(2)求磁感应强度B的值;
(3)现保持喷口方向不变,使其竖直下移到两板中间的位置.为了使墨滴仍能到达下板M点,应将磁感应强度调至B′,则B′的大小为多少?
【答案】
(1)解:墨滴在电场区域做匀速直线运动,有: ①
由①式得,q= . ②
由于电场方向向下,电荷所受的电场力方向向上,可知墨滴带负电荷. ③
答:墨滴带负电,电量为 .
(2)解:墨滴垂直进入电磁场共存区域,重力仍与电场力平衡,合力等于洛伦兹力,墨滴做匀速圆周运动,有:
④
考虑墨滴进入磁场和撞板的几何关系,可知墨滴在该区域恰好完成四分之一圆周运动,则半径R=d ⑤
由②④⑤式得,B= .⑥
答:磁感应强度B= .
(3)解:根据题设,墨滴的运动轨迹如图,设圆周运动的半径为R′,有:
⑦
由图示可得, ⑧
得, ⑨
联立②⑦⑨式可得, .
答:B’的大小为 .
【解析】(1)根据电场力和重力平衡求出电荷量的大小,通过电场力的方向确定电荷的正负.(2)墨滴垂直进入电磁场共存区域,重力仍与电场力平衡,粒子做匀速圆周运动,根据粒子垂直打在M点,通过几何关系得出粒子的轨道半径,根据洛伦兹力提供向心力求出磁感应强度的大小.(3)根据几何关系得出粒子做圆周运动的轨道半径,结合带电粒子在磁场中运动的半径公式求出磁感应强度的大小.
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【题目】某同学利用图1所示电路,探究了电源在不同负载下的输出功率.
(1)所得实验数据如下表,请在图2中画出U﹣I的图象.
U/V | 1.96 | 1.86 | 1.80 | 1.84 | 1.64 | 1.56 |
I/A | 0.05 | 0.15 | 0.25 | 0.35 | 0.45 | 0.55 |
(2)根据所画的U﹣I图象,可求得电流I=0.20A时电源的输出功率约为 W(保留两位有效数字).
(3)(多选题)实验完成后,该同学对实验方案进行了反思,认为按图甲电路进行实验操作的过程中存在安全隐患,并对电路重新设计.在图3所示的电路中(Rx阻值未知),你认为既能测出电源在不同负载下的输出功率,又能消除安全隐患的是