题目内容

(20分)如图甲所示,在竖直方向存在着两种区域:无电场区域和有理想边界的匀强电 场区域。两种区域相互间隔出现,竖直高度均为h。电场区域共有n个,水平方向足够长,每一电场区域场强的大小均为E,且E=,场强的方向均竖直向上。一个质量为m、电  荷  量  为   q   的带正电小球(看作 质点),从第一无电场区域的上边缘由静止下落,不计空气阻力。求:

(1)小球刚离开第n个电场区域时的速度大小;

(2)小球从开始运动到刚好离开第n个电场区域所经历的总时间;

(3)若在第n个电场区域内加上水平方向的磁场,磁感应强度随时间变化规律如图乙所示,已知图象中,磁感应强度变化的周期T是带电小球在磁场中作匀速圆周运动周期的2倍,问哪段时间内进入第n个电场的小球能返回到与出发点等高的位置?

 

【答案】

(1)  (2)(3)

【解析】

试题分析:(1)小球在无电场区,只受重力作用,做加速度等于重力加速度的匀加速直线运动,小球在电场区,所受电场力等于重力,做匀速直线运动。  

小球刚好进入第n个电场区域时的速度

(2)小球在无电场区运动的总时间

 

设小球在第1、第2、第3、……第个电场区运动的速度分别为、、……、;

      

 

  

………

   

小球在第1、第2、第3、--------第个电场区运动的时间分别为、、……、;小球在电场区运动的总时间:

     

设小球从开始运动到刚好离开第n个电场区域所经历的总时间。

(3)当在第n个电场区域内加上方向垂直竖直平面的磁场时,电场力与重力平衡,带电小球仅在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动。

在0~时间内进入复合场中的带电小球,

在~时间内进入复合场中的带电小球,

只有在时间段内进入复合场中的带电小球,运动后沿竖直方向进入第n个无电场区,根据动能定理:

所以在时间段内进入第n个电场的小球能返回到与出发点等高的位置。

考点:本题是一道力学、电学和磁场相结合的综合性试题。

 

练习册系列答案
相关题目
(1)①甲、乙、丙、丁四位同学在使用不同精度的游标卡尺和螺旋测微器测量物体的长度时,分别测量的结果如下:
甲同学:使用游标为50分度的卡尺,读数为12.045cm
乙同学:使用游标为10分度的卡尺,读数为12.04cm
丙同学:使用游标为20分度的卡尺,读数为12.045cm
丁同学:使用精度为“0.01mm”的螺旋测微器,读数为12.040mm
从这些实验数据中可以看出读数肯定有错误的是
甲
甲
同学.
②如图甲所示的装置测定弹簧的劲度系数,被测弹簧一端固定于A点,另一端B用细绳绕过定滑轮悬挂钩码,旁边竖直固定一最小刻度为mm的刻度尺,当挂两个钩码时,绳上一定点P对应刻度如图乙ab虚线所示,再增加一个钩码后,P点对应刻度如图乙cd虚线所示,已知每个钩码质量为50g,重力加速度g=9.80m/s2,则被测弹簧的劲度系数为
70
70
N/m,挂三个钩码时弹簧的形变量为
2.10
2.10
cm.

(2)为了确定一卷金属漆包线的长度,可通过测定其电阻值和去掉漆层后金属导线的直径来实现.现仅有下列器材:
A、待测漆包线:电阻值RL在40~50Ω之间,其材料的电阻率ρ=1.7×10-8Ω?m;
B、毫安表mA:量程1mA,内阻RA=50Ω;  C、电压表V:量程6V,内阻RV=4kΩ;
D、电源E:电动势约9V,内阻不计;     E、滑动变阻器R:阻值范围0~10Ω;
F、螺旋测微器,开关S,导线若干.
①若这卷漆包线的电阻值为RL,金属导线的直径为d,金属电阻率为ρ,则这卷漆包线的长度L=
πd2RL
4ρ
πd2RL
4ρ
(用RL、d、ρ表示).
②为了尽可能准确地测定RL,要求两电表指针偏转至少达到满刻度的一半.同学们设计了以下四种不同的电路,其中合理的是
C
C
.

③实验中测得d=0.200mm,按合理的接法测量时,毫安表和电压表的示数如图丙所示,则毫安表的读数为
0.60
0.60
 mA,电压表的读数
4.8
4.8
 V,可求得该卷漆包线的长度 L=
92
92
 m.

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