3.(22分)如图所示,真空中有一以(r,0)为圆心,半径为r的圆柱形匀强磁场区域,磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向里,在y≥r的范围内,有方向水平向左的匀强电场,电场强度的大小为E;从O点向不同方向发射速率相同的质子,质子的运动轨迹均在纸面内. 已知质子的电量为e,质量为m,质子在磁场中的偏转半径也为r,不计重力及阻力的作用,求:

(1)质子射入磁场时的速度大小;

(2)速度方向沿x轴正方向射入磁场的质子,到达y轴所需的时间;

(3)速度方向与x轴正方向成30°角(如图中所示)射入磁场的质子,到达y轴的位置坐标.

解答:(1)质子射入磁场后做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力.

    由得…………………………………………2分

    ……………………………………………………2分

  (2)质子沿x轴正方向射入磁场经圆弧后,以速度v垂直于电场方向进入电场,

    由于……………………………………2分

    所以,质子在磁场中运动的时间为………………2分

    质子进入电场后做类平抛运动,沿电场方向运动r后达到y轴,因此有

    ………………………………………………2分

    所求时间为…………………………2分

    (3)质子在磁场中转过120°角后从P点垂直电场进入电场,如图所示

    P点距y轴的距离为…………2分

    设质子到达y轴所需时间为t3,则

    由得:……………………2分

    …………………………2分

    在y方向质子做匀速直线运动,因此有……………………2分

    所以,质子到达y轴的位置坐标为(0,)………………………2分

1.(本题15分)如图所示,水平细杆MN、CD,长度均为L。两杆间距离为h,M、C两端与半圆形细杆相连,半圆形细杆与MN、CD在同一竖直平面内,且MN、CD恰为半圆弧在M、C两点处的切线。质量为m的带正电的小球P,电荷量为q,穿在细杆上,已知小球P与两水平细杆间的动摩擦因数为μ,小球P与半圆形细杆之间的摩擦不计,小球P与细杆之间相互绝缘。

(1)若整个装置处在方向与之垂直、磁感应强度为B的匀强磁场中,如图(甲)所示。小球P以一定的初速度v0从D端出发,沿杆滑到M点以后恰好在细杆MN上匀速运动。求:

①小球P在细杆MN上滑行的速度; 

②小球P滑过DC杆的过程中克服摩擦力所做的功;

(2)撤去磁场,在MD、NC连线的交点O处固定一电荷量为Q的负电荷,如图(乙)所示,使小球P从D端出发沿杆滑动,滑到N点时速度恰好为零。(已知小球所受库仑力始终小于重力)求:

①小球P在水平细杆MN或CD上滑动时所受摩擦力的最大值和最小值;

②小球P从D端出发时的初速度。

 

(1)①根据到M点以后恰好做匀速运动,可知小球P所受洛仑兹力与重力平衡,即,则 …………………………………………………2’

②根据动能定理,小球P在沿DCM滑动过程中:

……………………………………………………2’

 ……………………………………………………………………1’

 …………………………………………………1’

(2)①小球在O点正下方时摩擦力最小,fmin=mNmin=m(mg-4kQq/h2),…2’

    小球在O点正上方时摩擦力最大,fmax=mNmax=m(mg+4kQq/h2)。…2’

②利用对称性及微元法:DWf=m(mg-Fy)Ds+m(mg+Fy)Ds=2mmgDs,

所以Wf=DW1+DW2+¼¼=2mmgL,…………………………………………2’

又因为小球P在D点和N点电势能相等,所以从D到N, ………1’

则mv02=mgh+2mmgL……………………………………………………………1’

v0=………………………………………………………………1’

 0  315949  315957  315963  315967  315973  315975  315979  315985  315987  315993  315999  316003  316005  316009  316015  316017  316023  316027  316029  316033  316035  316039  316041  316043  316044  316045  316047  316048  316049  316051  316053  316057  316059  316063  316065  316069  316075  316077  316083  316087  316089  316093  316099  316105  316107  316113  316117  316119  316125  316129  316135  316143  447090 

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