题目内容
20.(1)带电粒子开始运动后第一次通过y轴时的速度大小和方向;
(2)带电粒子进入磁场后经多长时间返回电场;
(3)带电粒子运动的周期.
分析 (1)粒子在第一象限做类平抛运动,根据平抛运动的基本公式即可求解;
(2)粒子在第二象限以O'为圆心做匀速圆周运动,求出圆心角,根据圆心角与周期的关系即可求得运动时间;
(3)粒子从磁场返回电场后的运动是此前由电场进入磁场运动的逆运动,粒子在电、磁场中的运动具有周期性,其周期等于前面三个过程时间之和.
解答
解:(1)粒子在第一象限做类平抛运动(如图),加速度 a=$\frac{qE}{m}$=1600m/s2;
由x=$\frac{1}{2}a{t}_{1}^{2}$得运动时间 t1=$\sqrt{\frac{2x}{a}}$=$\frac{\sqrt{3}}{200}$s
沿y方向的位移 y=v0t1=$\frac{\sqrt{3}}{25}$m
粒子通过y轴进入磁场时在x方向上的速度 vx=at1=8$\sqrt{3}$m/s
故带电粒子第一次通过y轴时的速度大小 v=$\sqrt{{v}_{0}^{2}+{v}_{x}^{2}}$=16m/s
因此tanθ=$\frac{{v}_{x}}{{v}_{0}}$=$\sqrt{3}$,θ=60°,即速度方向与y轴正方向的夹角为60°.
(2)粒子在第二象限以O′为圆心做匀速圆周运动,圆弧所对的圆心角为 α=2θ=120°
运动时间 t2=$\frac{α}{360°}$T=$\frac{1}{3}$•$\frac{2πm}{qB}$=$\frac{π}{120}$s
(3)粒子从磁场返回电场后的运动是此前由电场进入磁场运动的逆运动,经时间t3=t1,粒子的速度变为v0,此后重复前面的运动.可见,粒子在电、磁场中的运动具有周期性,其周期 T=t1+t2+t3=($\frac{\sqrt{3}}{100}$+$\frac{π}{120}$)s
答:
(1)带电粒子开始运动后第一次通过y轴时的速度大小为16m/s,与y轴正方向成60°角;
(2)带电粒子进入磁场后经$\frac{π}{120}$s返回电场;
(3)带电粒子运动的周期为($\frac{\sqrt{3}}{100}$+$\frac{π}{120}$)s.
点评 本题是带电粒子在组合场中运动的问题,粒子垂直射入电场,在电场中偏转做类平抛运动,在磁场中做匀速圆周运动,要求同学们能画出粒子运动的轨迹,结合几何关系求解,知道半径公式及周期公式.
| A. | 0 | B. | $\frac{v}{3}$ | C. | $\frac{v}{2}$ | D. | $\frac{7v}{3}$ |
| A. | A球的机械能等于B球的机械能 | |
| B. | A球的动能等于B球的动能 | |
| C. | 重力对A球的瞬时功率等于重力对B球的瞬时功率 | |
| D. | 细线对A球的拉力等于细线对B球的拉力 |
| a/m•s-2 | 2.01 | 2.98 | 4.02 | 5.01 |
| F/N | 1.00 | 2.00 | 3.00 | 4.00 |
(1)在图(c)所示的坐标纸上作出小车加速度a随拉力F变化的图线;
(2)从所得图线分析该实验小组在操作过程中的不当之处;
(3)如果实验时,在小车和重物之间接一不计质量的微型力传感器来测量拉力F,实验装置如图(b)所示,从理论上分析,该实验图线的斜率将变大.(填“变大”、“变小”或“不变”)
| A. | a带正电,b带负电 | B. | a的带电量比b的带电量小 | ||
| C. | a运动的速率比b的小 | D. | a的运动时间比b的短 |