题目内容
如图所示,固定于同一条竖直线上的点电荷A、B相距为2d ,电量分别为+Q和-Q。MN是竖直放置的光滑绝缘细杆,另有一个穿过细杆的带电小球p,质量为m、电量为+q(可视为点电荷,q远小于Q),现将小球p从与点电荷A等高的C处由静止开始释放,小球p向下运动到距C点距离为d的O点时,速度为v。已知MN与AB之间的距离也为d,静电力常量为k,重力加速度为g。求:
(1)C、O间的电势差UCO;
(2)小球p经过O点时的加速度;
(3)小球p经过与点电荷B等高的D点时速度的大小。
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解:
(1)(5分)小球p由C运动到O时,由动能定理,
得
(3分)]
得:
(2分)
(2)(5分)小球p经过O点时受力如图,由库仑定律得:
(2分)
它们的合力为:
(2分)
由牛顿第二定律得:
,
(1分)
(3)(5分)小球p由O运动到D的过程,由动能定理得:
(2分)
由电场特点可知:
(2分)
联立①⑦⑧解得:
(1分)
如题图5甲,将一金属薄片垂直置于磁场B中,在薄片的两个侧面a、b间通以电流I时,另外两侧c、f间产生电势差,这一现象称为霍尔效应。且满足UM=kIB/d,式中d为薄片的厚度,k为霍尔系数。
某同学通过实验来测定该金属的霍尔系数。已知该薄片的厚度d=0.40mm,该同学保持磁感应强度B=0.10T不变,改变电流I的大小,测量相应的UM,记录数据如下表所示。
| I(´10-1A) | 3.0 | 6.0 | 9.0 | 12.0 | 15.0 | 18.0 |
| UM(´10-1V) | 1.1 | 1.9 | 3.4 | 4.5 | 6.2 | 6.8 |
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(1)根据表中数据在给定坐标系(题图5丁)中画出图线;
(2)利用图线求出该材料的霍尔系数k=________´10-3V·m·A-1·T-1(保留2位有效数字);
(3)利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器,广泛应用于测量和自动控制等领域。题图5乙是霍尔测速仪的示意图,将非磁性圆盘固定在转轴上,圆盘的周边等距离地嵌装着m个永磁体,相邻永磁体的极性相反。霍尔元件置于被测圆盘的边缘附近。当圆盘匀速转动时,霍尔元件输出的电压脉冲信号图像如题图5丙所示。若在时间t内,霍尔元件输出的脉冲数目为P,则圆盘转速N的表达式:_____________________。
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