如图所示,直角坐标系xOy位于竖直平面内,在水平的x轴下方存在匀强磁场和匀强电场,磁场的磁感应为B,方向垂直xOy平面向里,电场线平行于y轴。一质量为m、电荷量为q的带正电的小球,从y轴上的A点水平向右抛出,经x轴上的M点进入电场和磁场,恰能做匀速圆周运动,从x轴上的N点第一次离开电场和磁场,MN之间的距离为L,小球过M点时的速度方向与x轴的方向夹角为.不计空气阻力,重力加速度为g,求
1.电场强度E的大小和方向;
2.小球从A点抛出时初速度v0的大小;
3.A点到x轴的高度h.
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相距l=1.5 m的足够长金属导轨竖直放置,质量为m1=1 kg的金属棒ab和质量为m2=0.27 kg的金属棒cd均通过棒两端的小环水平地套在金属导轨上,如图(a)所示,虚线上方磁场方向垂直纸面向里,虚线下方磁场方向竖直向下,两处磁场磁感应强度的大小相同。ab棒光滑,cd棒与导轨间动摩擦因数为μ=0.75,两棒总电阻为1.8 Ω,导轨电阻不计。ab棒在方向竖直向上,大小按图(b)所示规律变化的外力F作用下,从静止开始沿导轨匀加速运动,同时cd棒也由静止释放。重力加速度g取10 m/s2。
(1)求出磁感应强度B的大小和ab棒加速度大小;
(2)已知在2 s内外力F做功40 J,求此过程中两金属棒产生的总焦耳热;
(3)求出cd棒达到最大速度所需的时间。
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质量为m、电量为q的带电离子从P(0,h)点沿x轴正方向射入第一象限的匀强磁场中,磁感应强度为B,并沿着y轴负方向垂直进入匀强电场(电场方向沿x轴负方向),然后离子经过y轴上的M(0,-2h)点,进入宽度为h的无场区域,如图所示,再进入另一个范围足够大的匀强磁场,最后回到P点,不计重力,试求:
(1)初速度
(2)电场强度E
(3)从P点出发到再次回到P点所用的时间
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如图所示,一个质量为M=2 kg的凹槽静置在光滑的水平地面上,凹槽内有一质量为m=1 kg的小滑块,某时刻小滑块获得水平向右的瞬时速度v0 =10 m/s,此后发现小滑块与凹槽左右两壁不断碰撞,当小滑块速度大小为1 m/s时,试求此时系统损失的机械能。
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(18分)如图所示,光滑的平行金属导轨水平放置,电阻不计,导轨间距为l,左侧接一阻值为R的电阻.区域cdef内存在垂直轨道平面向下的有界匀强磁场,磁场宽度为s.一质量为m、电阻为r的金属棒MN置于导轨上,与导轨垂直且接触良好,受到F=0.5v+0.4(N)(v为金属棒速度)的水平外力作用,从磁场的左边界由静止开始运动,测得电阻两端电压随时间均匀增大.(已知:l=1 m,m=1 kg,R=0.3 Ω,r=0.2 Ω,s=1 m)
(1)分析并说明该金属棒在磁场中做何种运动.
(2)求磁感应强度B的大小.
(3)若撤去外力后棒的速度v随位移x的变化规律满足v=v0- x,且棒在运动到ef处时恰好静止,则外力F作用的时间为多少?
(4)若在棒未出磁场区域时撤去外力,画出棒在整个运动过程中速度随位移v-x变化所对应的各种可能的图线.
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如图甲所示,有一装置由倾斜轨道AB、水平轨道BC、竖直台阶CD和足够长的水平直轨道DE组成,表面处处光滑,且AB段与BC段通过一小圆弧(未画出)平滑相接。有一小球用轻绳竖直悬挂在C点的正上方,小球与BC平面相切但无挤压。紧靠台阶右侧停放着一辆小车,车的上表面水平与B点等高且右侧固定一根轻弹簧,弹簧的自由端在Q点,其中PQ段是粗糙的,Q点右侧表面光滑。现将一个滑块从倾斜轨道的顶端A处自由释放,滑至C点时与小球发生正碰,然后从小车左端P点滑上小车。碰撞之后小球在竖直平面做圆周运动,轻绳受到的拉力如图乙所示。已知滑块、小球和小车的质量分别为m1=3kg、m2=1kg和m3=6kg,AB轨道顶端A点距BC段的高度为h=0.8m,PQ段长度为L=0.4m,轻绳的长度为R=0.5m。 滑块、小球均可视为质点。取g=10m/s2。求:
(1)滑块到达BC轨道上时的速度大小。
(2)滑块与小球碰后瞬间小球的速度大小。
(3)要使滑块既能挤压弹簧,又最终没有滑离小车,则滑块与PQ之间的动摩擦因数μ应在什么范围内?(滑块与弹簧的相互作用始终在弹簧的弹性范围内)
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扭摆器是同步辐射装置中的插入件,能使粒子的运动轨迹发生扭摆。其简化
模型如图所示,Ⅰ、Ⅱ两处为条形匀强磁场,磁场边界竖直,相距为L。其中Ⅰ区的磁场宽度L1=L,磁感应强度大小相等,方向相反且垂直纸面。一质量为m、电量为﹣q、重力不计的粒子,从靠近平行板电容器MN板处由静止释放,极板间电压为U。粒子经电场加速后平行于纸面射入Ⅰ区,射入时速度与水平方向夹角=30°,从Ⅰ区右边界射出时的速度与水平方向夹角也为30°,求:
(1)粒子射入Ⅰ区磁场前的速度v0的大小。
(2)磁感应强度B的大小。
(3)要求粒子不从Ⅱ区右侧射出,求Ⅱ区的磁场宽度L2的最小值。
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质量为m=1kg的小物块轻轻放在水平匀速运动的传送带上的P点,随传送带运动到A点后水平抛出,小物块恰好无碰撞的沿圆弧切线从B点进入竖直光滑圆孤轨道下滑.B、C为圆弧的两端点,其连线水平.已知圆弧半径R=1.0m圆弧对应圆心角θ=1060,轨道最低点为O,A点距水平面的高度h=0.8m.小物块离开C点后恰能无碰撞的沿固定斜面向上运动,0.8s后经过D点,物块与斜面间的滑动摩擦因数为μ1=(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)试求:
(1)小物块离开A点的水平初速度v1
(2)小物块经过O点时对轨道的压力
(3)斜面上CD间的距离
(4)假设小物块与传送带间的动摩擦因数为μ2=0.3,传送带的速度为5m/s,则PA间的距离是多少?
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如图所示,扇形AOB为透明柱状介质的横截面,圆心角∠AOB=60°。一束平行于角平分线OM的单色光由OA射入介质,经OA折射的光线恰平行于OB。
①折射光线中恰好射到M点的光线__________(填“能”或“不能”)发生全反射。
②求介质的折射率。
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(18分)如图所示,在的区域中,存在磁感应强度大小分别为B1与B2的匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里,且B1大于B2,一个带负电、比荷为的粒子从坐标原点O,以速度沿轴负方向射出,粒子重力不计。
(1)求粒子在两个磁场中运动的轨道半径;
(2)如果B1=2B2,则粒子再次回到原点时运动了多少时间?
(3)要使该粒子经过一段时间后又经过O点,B1与B2的比值应满足什么条件?
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