24.(安徽卷)(20分)如图,ABD为竖直平面内的光滑绝缘轨道,其中AB段是水平的,BD段为半径R=0.2m的半圆,两段轨道相切于B点,整个轨道处在竖直向下的匀强电场中,场强大小E=5.0×103V/m。一不带电的绝缘小球甲,以速度υ0沿水平轨道向右运动,与静止在B点带正电的小球乙发生弹性碰撞。已知甲、乙两球的质量均为m=1.0×10-2kg,乙所带电荷量q=2.0×10-5C,g取10m/s2。(水平轨道足够长,甲、乙两球可视为质点,整个运动过程无电荷转移)

(1) 甲乙两球碰撞后,乙恰能通过轨道的最高点D,求乙在轨道上的首次落点到B点的距离;

(2)在满足(1)的条件下。求的甲的速度υ0;

(3)若甲仍以速度υ0向右运动,增大甲的质量,保持乙的质量不变,求乙在轨道上的首次落点到B点的距离范围。

答案:(1)0.4m   (2)   (3)<<

解析:

(1)在乙恰好能通过轨道的最高点的情况下,设乙到达最高点的速度为,乙离开D点达到水平轨道的时间为t,乙的落点到B点的距离为,则

                  ①

                 ②

                       ③

联立①②③得:               ④

(2)设碰撞后甲、乙的速度分别为、,根据动量守恒和机械能守恒定律有:

                   ⑤

               ⑥

联立⑤⑥得:                 ⑦

由动能定理得:  ⑧

联立①⑦⑧得:      ⑨

(3)设甲的质量为M,碰撞后甲、乙的速度分别为、,根据动量守恒和机械能守恒定律有:

                   (10)

               (11)

联立(10)(11)得:            (12)

由(12)和,可得:<         (13)

设乙球过D点的速度为,由动能定理得

            (14)

联立⑨(13)(14)得:<          (15)

设乙在水平轨道上的落点到B点的距离为,则有

                          (16)

联立②(15)(16)得:<<

23.(安徽卷)(16分)如图1所示,宽度为的竖直狭长区域内(边界为),存在垂直纸面向里的匀强磁场和竖直方向上的周期性变化的电场(如图2所示),电场强度的大小为,表示电场方向竖直向上。时,一带正电、质量为的微粒从左边界上的点以水平速度射入该区域,沿直线运动到点后,做一次完整的圆周运动,再沿直线运动到右边界上的点。为线段的中点,重力加速度为g。上述、、、、为已知量。

  

(1)求微粒所带电荷量和磁感应强度的大小;

(2)求电场变化的周期;

(3)改变宽度,使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度的区域,求的最小值。

解析:

(1)微粒作直线运动,则

                ①

微粒作圆周运动,则          ②

联立①②得

                    ③

                    ④

(2)设粒子从N1运动到Q的时间为t1,作圆周运动的周期为t2,则

                     ⑤

                   ⑥

                    ⑦

联立③④⑤⑥⑦得

                   ⑧

电场变化的周期

                 ⑨

(3)若粒子能完成题述的运动过程,要求

      d≥2R                   (10)

联立③④⑥得

                        (11)

设N1Q段直线运动的最短时间为tmin,由⑤(10)(11)得

         

因t2不变,T的最小值

23.(北京卷)(18分)利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器,广泛应用于测量和自动控制等领域。

如图1,将一金属或半导体薄片垂直至于磁场B中,在薄片的两个侧面、间通以电流时,另外两侧、间产生电势差,这一现象称霍尔效应。其原因是薄片中的移动电荷受洛伦兹力的作用相一侧偏转和积累,于是、间建立起电场EH,同时产生霍尔电势差UH。当电荷所受的电场力与洛伦兹力处处相等时,EH和UH达到稳定值,UH的大小与和以及霍尔元件厚度之间满足关系式,其中比例系数RH称为霍尔系数,仅与材料性质有关。

(1)设半导体薄片的宽度(、间距)为,请写出UH和EH的关系式;若半导体材料是电子导电的,请判断图1中、哪端的电势高;

(2)已知半导体薄片内单位体积中导电的电子数为n,电子的电荷量为e,请导出霍尔系数RH的表达式。(通过横截面积S的电流,其中是导电电子定向移动的平均速率);

(3)图2是霍尔测速仪的示意图,将非磁性圆盘固定在转轴上,圆盘的周边等距离地嵌装着m个永磁体,相邻永磁体的极性相反。霍尔元件置于被测圆盘的边缘附近。当圆盘匀速转动时,霍尔元件输出的电压脉冲信号图像如图3所示。

a.若在时间t内,霍尔元件输出的脉冲数目为,请导出圆盘转速的表达式。

b.利用霍尔测速仪可以测量汽车行驶的里程。除除此之外,请你展开“智慧的翅膀”,提出另一个实例或设想。

解析:

(1)由                            ①

得                                   ②

当电场力与洛伦兹力相等时                    ③

得                                 ④   

将  ③、④代入②,

得    

(2) a.由于在时间t内,霍尔元件输出的脉冲数目为P,则

           P=mNt

圆盘转速为      N=

b.提出的实例或设想    

 0  282233  282241  282247  282251  282257  282259  282263  282269  282271  282277  282283  282287  282289  282293  282299  282301  282307  282311  282313  282317  282319  282323  282325  282327  282328  282329  282331  282332  282333  282335  282337  282341  282343  282347  282349  282353  282359  282361  282367  282371  282373  282377  282383  282389  282391  282397  282401  282403  282409  282413  282419  282427  447090 

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