题目内容
1.(1)微粒进入偏转电场时的速度v0大小
(2)微粒射出偏转电场时的偏转角θ
(3)若该匀强磁场的宽度为D,为使微粒不从该磁场右边射出,则磁感应强度B至少多大?
分析 (1)粒子在加速电场中,电场力做功为qU1,由动能定理求出速度v0.
(2)粒子进入偏转电场后,做类平抛运动,运用运动的分解法,根据牛顿第二定律、运动学和速度的分解求解偏转角θ的正切,再得到偏转角θ.
(3)粒子进入磁场后,做匀速圆周运动,结合条件,画出轨迹,由几何知识求半径,再求B.
解答 解:(1)微粒在加速电场中运动过程,由动能定理得:
qU1=$\frac{1}{2}$mv02
解得:v0=$\sqrt{\frac{2q{U}_{1}}{m}}$;
(2)微粒在偏转电场中做类平抛运动,有:
加速度为:a=$\frac{q{U}_{2}}{md}$,
飞出电场时,竖直分速度为:vy=at
运动时间为:t=$\frac{L}{{v}_{0}}$
所以速度偏转角的正切为:tanθ=$\frac{{v}_{y}}{{v}_{0}}=\frac{{U}_{2}L}{2{U}_{1}d}=\frac{\frac{1}{2}{U}_{1}L}{2{U}_{1}•\frac{\sqrt{3}}{4}L}=\frac{\sqrt{3}}{3}$
解得:θ=30°;
(3)带电微粒进入磁场做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,设微粒轨道半径为R,为使微粒不从该磁场右边射出,其轨迹如图,
由几何关系知
$R+\frac{1}{2}R=D$
所以:R=$\frac{2}{3}D$
设微粒进入磁场时的速度为v′,则有:$v′=\frac{{v}_{0}}{cos30°}=\frac{{2\sqrt{3}v}_{0}}{3}$
由牛顿运动定律及运动学规律有:$qv′B=\frac{mv{′}^{2}}{R}$
得:$B=\frac{mv′}{qR}=\frac{m•\frac{2\sqrt{3}{v}_{0}}{3}}{q•\frac{2}{3}D}=\frac{\sqrt{3}m•\sqrt{\frac{2q{U}_{1}}{m}}}{qD}$=$\frac{1}{D}•\sqrt{\frac{6m{U}_{1}}{q}}$.
若带电粒子不射出磁场,磁感应强度B至少为$\frac{1}{D}•\sqrt{\frac{6m{U}_{1}}{q}}$.
答:(1)微粒进入偏转电场时的速度v0大小是$\sqrt{\frac{2q{U}_{1}}{m}}$;
(2)微粒射出偏转电场时的偏转角θ是30°.
(3)若带电粒子不射出磁场,磁感应强度B至少为$\frac{1}{D}•\sqrt{\frac{6m{U}_{1}}{q}}$.
点评 本题是带电粒子在组合场中运动的问题,关键是分析粒子的受力情况和运动情况,用力学的方法处理.
①某同学选取一条比较理想的纸带(图2)进行分析,小车刚开始运动时对应在纸带上的点记为起始点O,在点迹清晰段依次选取七个计数点A、B、C、D、E、F、G,相邻计数点间的时间间隔为0.1s.测量起始点O至各计数点的距离,计算计数点对应小车的瞬时速度、计数点与O点之间的速度平方差、起始点O到计数点过程中细绳对小车做的功.其中计数点D的三项数据没有计算,请完成计算并把结果填入表格中.
| 点迹 | O | A | B | C | D | E | F | G |
| x/cm | 15.50 | 21.60 | 28.61 | 36.70 | 45.75 | 55.75 | 66.77 | |
| v/(m•s-1) | -- | -- | 0.656 | 0.755 | -- | 0.953 | 1.051 | -- |
| △v2/(m2•S-2) | -- | 0.430 | 0.570 | 0.908 | 1.105 | -- | ||
| W/J | 0.432 | 0.0572 | 0.0915 | 0.112 |
③根据图象分析得到的结论W与△v2成正比.
| A. | a、b、c、d四点电场强度相同 | |
| B. | 一电子从b点运动到c点,电场力做的功为0.8eV | |
| C. | 若一电子从左侧沿中心轴线穿越电场区域,将做加速度先减小后增加的直线运动 | |
| D. | 所有从左侧平行于中心轴线进入电场区域的电子,都将会从右侧平行于中心轴线穿出 |
| A. | 2mgh | B. | mgh+$\frac{1}{2}$mv2 | C. | 3mgh-$\frac{1}{2}$mv2 | D. | $\frac{1}{2}$mv2-mgh |
| A. | 流过电阻的电流是20 A | |
| B. | 与电阻并联的电压表的示数是100$\sqrt{2}$V | |
| C. | 变压器的输入功率是1×l03W | |
| D. | 经过1分钟电阻发出的热量是6×103 J |