题目内容
12.(1)若粒子源发出的所有粒子均能从OC间射出电场,求粒子的速度范围;
(2)求在第(1)问中,所有粒子进入磁场偏转后,再通过y轴的区域的长度;
(3)若某个粒子的速度较大,该粒子从(-1.5L,O)点进入磁场,求该粒子从出电场到再次进入电场所用的时间.
分析 (1)粒子在电场中做类平抛运动,求出粒子的最大速度,然后确定其速度范围.
(2)粒子在磁场中做匀速圆周运动,应用牛顿第二定律求出粒子的轨道半径,分析清楚粒子运动过程,然后求出区域的长度.
(3)分析清楚粒子运动过程,作出粒子运动轨迹,然后根据粒子周期公式求出运动时间.
解答 解:(1)粒子刚好能从OC间进入磁场,则速度最大的粒子刚好从O点进入磁场,该粒子在电场中做类平抛运动,
则:L=v0t,2L=$\frac{1}{2}$$\frac{qE}{m}$t2,解得,粒子最大速度:v0=$\sqrt{\frac{qEL}{4m}}$,粒子的速度范围:0≤v0≤$\sqrt{\frac{qEL}{4m}}$;![]()
(2)从OC间射出进入磁场的粒子射出电场时的偏向角为θ,
粒子沿电场方向的分速度:vx=$\sqrt{2×\frac{qE}{m}×2L}$=2$\sqrt{\frac{qEL}{m}}$,
粒子的速度:v=$\frac{{v}_{x}}{sinθ}$,
粒子在磁场中做匀速圆周运动洛伦兹力提供向心力,
由牛顿第二定律得:qvB=m$\frac{{v}^{2}}{{r}_{1}}$,
粒子从出电场的位置与在磁场中做圆周运动第一次经过y轴的位置间的距离为:△y=2r1sinθ=$\frac{4}{B}$$\sqrt{\frac{mEL}{q}}$,
即所有凑从OC间射出进入磁场的粒子出电场的位置与在磁场中做圆周运动第一次经过y轴的位置间的距离为一定值,
因此所有粒子在磁场中偏转后再次经过y轴的区域的长度等于OC的长,即为L.![]()
(3)若粒子从(-1.5L,0)点进入磁场,设粒子进入磁场后的速度为v2,
由于粒子在电场中做类平抛运动,因此出电场时的速度反向延长线交y轴方向位移的中点,
即出电场时的速度方向与y轴正方向成45°角,vx′=$\sqrt{2×\frac{qE}{m}×\frac{L}{2}}$=$\sqrt{\frac{qEL}{m}}$,
粒子出电场时的速度:v2=$\sqrt{\frac{2qEL}{m}}$,
由牛顿第二定律得:qv2B=m$\frac{{v}_{2}^{2}}{{r}_{2}}$,解得:r2=$\sqrt{2}$L,
由几何知识得,圆心在(-0.5L,-L)处,粒子在磁场中的运动轨迹如图所示,
粒子转过的圆心角:θ=315°,粒子的运动时间是周期的$\frac{7}{8}$,
则粒子在磁场中的运动时间:t=$\frac{7}{8}$T=$\frac{7}{8}$$\frac{2πm}{qB}$=$\frac{7π}{4}$$\sqrt{\frac{mL}{qE}}$;
答:(1)若粒子源发出的所有粒子均能从OC间射出电场,粒子的速度范围是:0≤v0≤$\sqrt{\frac{qEL}{4m}}$;
(2)在第(1)问中,所有粒子进入磁场偏转后,再通过y轴的区域的长度为L;
(3)若某个粒子的速度较大,该粒子从(-1.5L,O)点进入磁场,该粒子从出电场到再次进入电场所用的时间为$\frac{7π}{4}$$\sqrt{\frac{mL}{qE}}$.
点评 本题考查了粒子在电场与磁场中的运动,粒子在电场中做类平抛运动,在磁场中做匀速圆周运动,应用类平抛运动规律与牛顿第二定律可以解题;带电粒子在电磁场中的运动要注意分析过程,并结合各过程中涉及到的运动规律采用合理的物理规律求解.
| 次数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| U/V | 0.10 | 0.30 | 0.70 | 1.00 | 1.50 | 1.70 | 2.30 |
| I/A | 0.020 | 0.060 | 0.160 | 0.220 | 0.340 | 0.460 | 0.520 |
(1)测量Rx是采用图1中的甲图(选填“甲”或“乙”)
(2)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系,如图3所示,图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点.请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点,并描绘出U-I图线.由图线得到金属丝的阻值Rx=4.4Ω(精确到小数点后两位).
(3)任何实验测量都存在误差.本实验所用测量仪器均已校准.下列关于误差的说法中正确的选项是C D(有多个正确选项)
A.由于读数引起的误差属于系统误差
B.由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差
C.若将电流表和电压表的内阻计算在内,可以消除由测量仪表引起的系统误差
D.用U-I图象处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差.
| A. | 小球A带正电,小球B带负电,且QA=QB | |
| B. | 小球A带正电,小球B带负电,且QA<QB | |
| C. | 小球A带负电,小球B带正电,且QA=QB | |
| D. | 小球A带负电,小球B带正电,且QA<QB |
| A. | 粒子带正电 | |
| B. | 粒子将沿原路返间,射出两极板的速度大小为V0 | |
| C. | 若保持开关S闭合,只要减小两板间的距离,粒子射入后一定能从b孔射出 | |
| D. | 若开关S闭合后再断开,然后减小两板间的距离,粒子射入后一定能从b孔射出 |
| A. | 小球的速度逐渐减小 | |
| B. | 小球、弹簧组成系统的弹性势能先逐渐增大再逐渐减小 | |
| C. | 小球的加速度逐渐增大 | |
| D. | 小球、地球组成系统的重力势能逐渐减小 |
| A. | 飞船在轨道Ⅰ上运动时的机械能大于在轨道Ⅱ上运动时的机械能 | |
| B. | 飞船在轨道Ⅱ上运动时,经过Q点时的速度小于在轨道Ⅰ上运动经过P点时的速度 | |
| C. | 飞船在轨道Ⅲ上运动到P点时的加速度等于飞船在轨道Ⅱ上运动到P点时的加速度 | |
| D. | 飞船绕火星在轨道Ⅰ上运动的周期跟飞船绕地球以轨道Ⅰ同样的轨道半径运动的周期相同 |
| A. | $\frac{3}{2}$h | B. | $\frac{1}{2}$h | C. | $\sqrt{3}$h | D. | 2h |