题目内容
如图所示,在xOy平面内存在均匀、大小随时间周期性变化的磁场和电场,变化规律分别如图乙、丙所示(规定垂直纸面向里为磁感应强度的正方向、沿y轴正方向电场强度为正)。在t=0时刻由原点O发射初速度大小为vo,方向沿y轴正方向的带负电粒子。已知v0、t0、B0,粒子的比荷为
,不计粒子的重力。求:
(1) t= t0时,求粒子的位置坐标;
(2)若t=5t0时粒子回到原点,求0~5to时间内粒子距x轴的最大距离;
(3)若粒子能够回到原点,求满足条件的所有E。,值。
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解析:
(1)由粒子的比荷
,则粒子做圆周运动的周期
---------1分
则在
内转过的圆心角
-------------------------------------------------------------2分
由牛顿第二定律
-----------------------------------------------------------------2分
得
-----------------------------------------------------------------------------------------1分
位置坐标(
,0) --------------------------------------------1分
(2)粒子
时回到原点,轨迹如图所示
---------------------------------------------------------2分
---------------------------------------1分
得
-----------------------------------------------------1分
又
,
-------------------------------1分
粒子在
时间内做匀加速直线运动,
时间内做匀速圆周运动,则在
时间内粒子距x轴的最大距离:
--------------------------2分
(3)如图所示,设带电粒子在x轴上方做圆周运动的轨道半径为r1,在x轴下方做圆周运动的轨道半径为r2,由几何关系可知,要使粒子经过原点,则必须满足:
(n=1,2,3,…) --------------------------------------------------------1分
--------------------------------------------------1分
联立以上解得
--------------------------------------------------------------1分
又由于
------------------------------------------------1分
得
(n=1,2,3,…) -------------------------------------------------------------1分
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在日常生活中经常需要精确测量密闭容器内液体的体积,某研究小组做了如下研究:
如图所示,实验使用的长方体容器B内部的底面积为1m2,高为1m。在容器内顶部安装一个利用超声波测量距离的传感器A,该传感器默认超声波在空气中的传播速度为340m/s。
(1)若通过传感器A测得液面距离顶部的高度为0.15m,可得容器内液体的体积为__________m3.
(2)研究小组在实验中发现,传感器测量的液面距顶部的高度与实际高度存在偏差,通过查资料发现超声波在空气中的传播速度与温度有关,然后通过实验获得下表中的数据。
| 温度t (℃) | -10 | 5 | 20 | 35 | 50 |
| 超声波速度v(m/s) | 324.0 | 333.0 | 342.0 | 351.0 | 360.0 |
| 液面距顶部的高度h测(m) | 0.105 | 0.204 | 0.298 | 0.387 | 0.474 |
通过表中数据分析可得超声波在空气中的传播速度v与温度t的关系式为v=__________。.
(3)利用(2)的结论,若在环境温度为40℃时测得液面距顶部的高度为0.288m,实际液面距顶部的高度为__________m。【小数点后保留三位】
(4)分析导出液面距离顶部的实际高度h与测量值h测和温度t之间关系式为h=__________。
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