题目内容
2.一般的曲线运动可以分成很多小段,每小段都可以看成圆周运动的一部分,即把整条曲线用一系列不同半径的小圆弧来代替.如图(a)所示,曲线上的A点的曲率圆定义为:通过A点和曲线上紧邻A点两侧的两点作一圆,在极限情况下,这个圆就叫做A点的曲率圆,其半径ρ叫做A点的曲率半径.在场强为B的水平匀强磁场中,一质量为m、带正电q的小球在O点静止释放,小球的运动曲线如图所示.已知此曲线在最低点的曲率半径为该点到x轴距离的2倍,重力加速度为g.求:
(1)小球运动到任意位置P(x,y)处的速率v.
(2)小球在运动过程中第一次下降的最大距离ym.
(3)当在上述磁场中加一竖直向上场强为E(E>$\frac{mg}{q}$)的匀强电场时,小球从O静止释放后获得的最大速率vm.
分析 (1)首先分析,在任意时刻,小球都只受到重力和洛伦兹力.洛伦兹力始终方向与速度方向垂直,不做功,所以从原点到最低点只有重力做功,根据动能定理即可求得速度;
(2)设小球在最低点的速度为v,到x轴距离为h,最低点的曲率半径为2h.对于小球运动到最低点时,小球的向心力由洛伦兹力与重力的合力提供,列出向心力公式,再结合第一问中的速度就可以求出小球在运动过程中第一次下降的最大距离ym;
(3)加入电场后,结合动能定理和圆周运动向心力的公式即可以求得小球从O静止释放后获得的最大速率vm.
解答 解:(1)洛仑兹力不做功,由动能定理得:
mgy=$\frac{1}{2}$mv2-0 ①解得:v=$\sqrt{2gy}$ ②;
(2)设在最大距离ym处的速率为vm,
小球做圆周运动,由牛顿第二定律得:qvmB-mg=m$\frac{{v}_{m}^{2}}{R}$ ③
由②知:vm=$\sqrt{2g{y}_{m}}$ ④
由③④及R=2ym解得:ym=$\frac{2{m}^{2}g}{{q}^{2}{B}^{2}}$ ⑤
(3)小球运动轨迹如图所示:![]()
由动能定理得:(qE-mg)|ym|=$\frac{1}{2}$mvm2-0 ⑥
小球做圆周运动,由牛顿第二定律的:qvmB+mg-qE=m$\frac{{v}_{m}^{2}}{R}$ ⑦
由⑥⑦及R=2|ym|解得:vm=$\frac{2(qE-mg)}{qB}$;
答:(1)小球运动到任意位置P(x,y)处的速率v为$\sqrt{2gy}$.
(2)小球在运动过程中第一次下降的最大距离ym为$\frac{2{m}^{2}g}{{q}^{2}{B}^{2}}$.
(3)当在上述磁场中加一竖直向上场强为E(E>$\frac{mg}{q}$)的匀强电场时,小球从O静止释放后获得的最大速率vm为$\frac{2(qE-mg)}{qB}$.
点评 本题涉及到的知识点有洛伦兹力的性质(无论何时都不做功)、机械能守恒的条件与计算、圆周运动的计算,对同学们分析问题的能力要求较高,属于中档偏上的题目.
| A. | 波速为2m/s | |
| B. | 当两列波均传到p点时,p点的振动频率加倍 | |
| C. | 波长为2m | |
| D. | p点为振动加强点 | |
| E. | p点为振动减弱点 |
(1)表笔a为红表笔(填“红表笔”或“黑表笔”).将选择开关转至欧姆挡“×1”,将红黑表笔短接,调节R0,使指针指在右(填“左”或“右”)侧零刻度处.
(2)改变电阻箱R的阻值,分别读出6组电压表和电阻箱的示数U、R,将$\frac{1}{U}$、$\frac{1}{R}$的值算出并记录在表格中,请将第3、5组数据的对应点在图2坐标纸上补充标出,并作出$\frac{1}{U}$-$\frac{1}{R}$图线.
| 组数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| R | 100.0 | 50.0 | 25.0 | 16.7 | 12.5 | 9.1 |
| $\frac{1}{R}$ | 0.01 | 0.02 | 0.04 | 0.06 | 0.08 | 0.11 |
| U | 1.20 | 0.95 | 0.74 | 0.60 | 0.50 | 0.40 |
| $\frac{1}{U}$ | 0.83 | 1.05 | 1.35 | 1.68 | 2.00 | 2.50 |
| A. | 甲图说明分子间存在间隙 | |
| B. | 乙图在用油膜法测分子大小时,多撒痱子粉比少撒好 | |
| C. | 丙图说明,气体压强的大小既与分子动能有关,也与分子的密集程度有关 | |
| D. | 丁图水黾停在水面上的原因是水黾受到了水的浮力作用 |
| A. | 选手摆到最低点时所受绳子的拉力大于mg | |
| B. | 选手摆到最低点时受绳子的拉力大于选手对绳子的拉力 | |
| C. | 选手摆到最低点的运动过程中所受重力的功率一直增大 | |
| D. | 选手摆到最低点的运动过程为匀变速曲线运动 |