题目内容
10.(1)若从O点射出的粒子能打到板MN上,求粒子的速度v的大小;
(2)若某粒子恰好能够从M点(刚好未碰到吸收板)进入到电场,求该粒子到达x轴时的动能;
(3)某粒子恰好能够从M点(刚好未碰到吸收板)进入到电场,求该粒子从O点射出到通过x轴所用的时间.
分析 (1)粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,分两种临界情况:①打在吸收板MN的粒子过粒子吸收板CD上边界D点,②打在吸收板MN的粒子过粒子吸收板CD上边界M点,分别求解速度,得到速度的取值范围;
(2)粒子从M点到x轴,根据动能定理列式可得该粒子到达x轴所用的动能;
(3)从O到M粒子做$\frac{1}{4}$圆周运动,根据$t=\frac{θ}{2π}T$求解时间,粒子在电场中做类平抛运动,分解为沿x轴的匀速运动和沿y轴的匀加速运动,根据运动学公式求解时间.
解答 解:(1)粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,①若打在吸收板MN的粒子过粒子吸收板CD上边界D点,设粒子的速率为v1,粒子的轨道半径为r1,由几何关系可知:${r}_{1}^{2}=(2\sqrt{2}d)^{2}+(4d-{r}_{1})^{2}$
解得:r1=3d
由牛顿第二定律可得:$q{v}_{1}B=m\frac{{v}_{1}^{2}}{{r}_{1}}$
联立可得:${v}_{1}=\frac{3qdB}{m}$
②若打在吸收板MN的粒子过粒子吸收板CD上边界M点时速率为v2,粒子轨迹的圆心在N点,由图中几何关系可知粒子的轨道半径r2=5d
由牛顿第二定律可得:$q{v}_{2}B=m\frac{{v}_{2}^{2}}{{r}_{2}}$
联立可得:${v}_{2}=\frac{5qdB}{m}$
故射出的粒子能打在MN上,粒子的速度需满足:$\frac{3qdB}{m}≤v≤\frac{5qdB}{m}$
(2)粒子从M点到x轴,设粒子到达x轴时的动能为Ek,由动能定理可得:$qEl={E}_{k}-\frac{1}{2}m{v}_{2}^{2}$
联立解得:${E}_{k}=\frac{25{q}^{2}{B}^{2}{d}^{2}}{m}(\frac{2}{{π}^{2}}+\frac{1}{2})$
(3)从O到M粒子做$\frac{1}{4}$圆周运动,从O到M的时间${t}_{1}=\frac{θ}{2π}T$,又由$T=\frac{2πm}{qB}$,联立解得:${t}_{1}=\frac{mπ}{2qB}$
粒子在电场中做类平抛运动,设粒子在电场中运动的时间为t2,由运动学公式可得:$5d=\frac{1}{2}\frac{qE}{m}{t}_{2}^{2}=\frac{5{q}^{2}{B}^{2}d}{{m}^{2}{π}^{2}}{t}_{2}^{2}$
解得:${t}_{2}=\frac{mπ}{qB}$
能够从M点进入到电场的粒子,从O点射出到回到x轴所用的时间:$t={t}_{1}+{t}_{2}=\frac{3mπ}{2qB}$
答:(1)若从O点射出的粒子能打到板MN上,粒子的速度需满足:$\frac{3qdB}{m}≤v≤\frac{5qdB}{m}$;
(2)若某粒子恰好能够从M点(刚好未碰到吸收板)进入到电场,该粒子到达x轴所用的动能为${E}_{k}=\frac{25{q}^{2}{B}^{2}{d}^{2}}{m}(\frac{2}{{π}^{2}}+\frac{1}{2})$;
(3)若某粒子恰好能够从M点(刚好未碰到吸收板)进入到电场,该粒子从O点射出到通过x轴所用的时间为$\frac{3mπ}{2qB}$
点评 本题要分析清楚粒子的运动规律,首先要对物体的运动进行分段,然后对物体在各段中进行正确的受力分析和运动的分析,进行列式求解.
| A. | 它始终处于静止平衡状态 | |
| B. | 离地面高度一定,相对地面静止 | |
| C. | 向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等 | |
| D. | “天宫一号”质量与其它同步卫星质量不一定相等 |
| A. | 一定做匀加速直线运动 | B. | 一定做匀减速直线运动 | ||
| C. | 有可能做匀变速曲线运动 | D. | 一定做匀速圆周运动 |
| A. | 导体棒ab运动的最大速度为10 m/s | |
| B. | 导体棒ab开始运动后,电阻R中的电流方向是从P流向M | |
| C. | 导体棒ab开始运动后,a、b两点的电势差逐渐增加到0.8 V后保持不变 | |
| D. | 导体棒ab开始运动后任一时刻,F的功率总等于导体棒ab和电阻R的发热功率之和 |