题目内容
15.(1)匀强电场的电场强度E的大小.
(2)撤去磁场时粒子所在位置的坐标.
(3)粒子从O点运动至P点所用的时间t.
分析 (1)粒子在电场中做类平抛运动,由类平抛运动规律求出电场强度.
(2)粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律求出力的在轨道半径,根据题意求出粒子在磁场中转过的角度,然后求出粒子的位置坐标.
(3)根据粒子转过的角度与粒子的周期公式求出粒子的运动时间.
解答 解:(1)粒子在电场中做类平抛运动,
水平方向:$\frac{L}{2}$=$\frac{1}{2}$$\frac{qE}{m}$t2,
竖直方向:L=v0t,
解得:E=$\frac{m{v}_{0}^{2}}{qL}$;
(2)粒子在磁场中做类平抛运动,
粒子进入磁场时与x正方向间的夹角为θ,
则:tanθ=$\frac{{v}_{0}}{{v}_{x}}$=$\frac{{v}_{0}}{\frac{qE}{m}×\frac{L}{{v}_{0}}}$=1,则θ=45°,![]()
粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,
由牛顿第二定律得:qv0B=m$\frac{{v}_{0}^{2}}{r}$,解得:r=$\frac{m{v}_{0}}{qB}$,
由于粒子飞出时的速度方向与x轴正方向成15°角,所以撤去磁场时粒子的速度方向与x轴正方向成15°角,
由几何知识可得,撤去磁场时粒子所在位置的坐标:
x=rcos45°+rsin15°,解得:x=$\frac{\sqrt{2}+\sqrt{6}}{4}$$\frac{m{v}_{0}}{qB}$,
y=rcos15°-rsin45°,解得:y=$\frac{\sqrt{6}-\sqrt{2}}{4}$$\frac{m{v}_{0}}{qB}$;
(3)由几何知识可知,粒子在磁场中转过的圆心角:α=60°,
粒子在磁场中做圆周运动的周期:T=$\frac{2πm}{qB}$,
粒子做圆周运动所用的时间:t1=$\frac{α}{360°}$T=$\frac{60°}{360°}$×$\frac{2πm}{qB}$=$\frac{πm}{3qB}$,
粒子从撤去磁场后到到达x轴所经过的位移为s=$\frac{y}{sin15°}$=$\frac{m{v}_{0}}{qB}$,
此过程所用的时间为:t2=$\frac{s}{v}$=$\frac{s}{\frac{{v}_{0}}{sin45°}}$=$\frac{\sqrt{2}m}{2qB}$.
所以粒子从O点运动至P点所用的时间t=$\frac{2πm+3\sqrt{2}m}{6qB}$.
答:(1)匀强电场的电场强度E的大小为$\frac{m{v}_{0}^{2}}{qL}$.
(2)撤去磁场时粒子所在位置的坐标为($\frac{\sqrt{2}+\sqrt{6}}{4}$$\frac{m{v}_{0}}{qB}$,$\frac{\sqrt{6}-\sqrt{2}}{4}$$\frac{m{v}_{0}}{qB}$).
(3)粒子从O点运动至P点所用的时间t为$\frac{2πm+3\sqrt{2}m}{6qB}$.
点评 本题考查了粒子在电场与磁场中的运动,分析清楚粒子的运动过程,应用类平抛运动规律、牛顿第二定律与粒子的周期公式即可正确解题.
| A. | 研究乒乓球的接发球技术,乒乓球视为质点 | |
| B. | 分析高射炮弹的轨迹长度,炮弹可视为质点 | |
| C. | 研究地球的自转,地球可视为质点 | |
| D. | 分析跳高运动员的过杆技术,运动员可视为质点 |
| A. | 物体从A到O加速运动,从O到B减速运动 | |
| B. | 物块运动到O点时速度最大 | |
| C. | 物块运动到O点时加速度最大 | |
| D. | 物体从A到O的过程加速度逐渐减小 |
| A. | 在t1-t2时间内,金属圆环L有收缩趋势 | |
| B. | 在t1时刻,金属圆环L内的磁通量最大 | |
| C. | 在t2时刻,金属圆环L内的磁通量最小 | |
| D. | 在t1-t2时间内,金属圆环L内有逆时针方向的感应电流 |
| A. | 桌面受到的压力实际就是书的重力 | |
| B. | 桌面受到的压力是由桌面形变形成的 | |
| C. | 桌面对书的支持力与书对桌面的压力是一对平衡力 | |
| D. | 桌面对书的支持力与书对桌面的压力一定大小相等,而且为同一性质的力 |