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如图甲所示,在以O为坐标原点的xoy平面内,存在着范围足够大的电场和磁场.一个质...

如图甲所示,在以O为坐标原点的xoy平面内,存在着范围足够大的电场和磁场.一个质量m=2×10-2kg,带电量q=+5×10-3C的带电小球在0时刻以v=40m/s的速度从O点沿+x方向(水平向右)射入该空间,在该空间同时加上如图乙所示的电场和磁场,其中电场沿-y方向(竖直向上),场强大小E=40V/m.磁场垂直于xoy平面向外,磁感应强度大小B=4πT.取当地的重力加速度g=10m/s2,不计空气阻力,计算结果中可以保留根式或π.试求:
(1)12s末小球速度的大小.
(2)在给定的xoy坐标系中,大体画出小球在0~24s内运动轨迹的示意图.
(3)26s末小球的位置坐标.

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(1)正确对小球进行受力分析,明确运动形式,求出圆周运动的周期和所给时间直间的关系,最后利用平抛运动规律求解; (2)根据第一问的解答,可正确画出图象; (3)利用运动的周期性画出26s内小球运动轨迹图,然后利用数学知识求解. 【解析】 (1)0~1s内,小球只受重力作用,做平抛运动.当同时加上电场和磁场时,电场力:F1=qE=0.2N,方向向上, 重力:G=mg=0.2N,方向向下,重力和电场力恰好平衡.此时小球只受洛伦兹力而做匀速圆周运动, 根据牛顿第二定律有: 运动周期,联立解得T=2s 正好是电场、磁场同时存在时间的5倍,即在这10s内,小球恰好做了5个完整的匀速圆周运动.所以小球在t1=12s时刻的速度相当于小球做平抛运动t=2s时的末速度.      vy=gt=20m/s,      vx=v=40m/s      m/s (2)小球在24s内的运动轨迹示意图如图所示 (3)分析可知,小球26s末与24s末的位置相同,在26s内小球做了3s的平抛运动,23s末小球平抛运动的位移大小为:     x1=v•3=120m     m 3s时小球的速度大小为m/s   速度与竖直方向的夹角为θ=53° 此后小球做匀速圆周运动的半径m 26s末,小球恰好完成了半个圆周运动,此时小球的位置坐标 m m 答:(1)12s末小球速度的大小m/s. (2)0~24s内运动轨迹的如图. (3)26s末小球的位置坐标.
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考点分析:
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(2)设计中需要将电流表上的电流数值改为拉力的数值,那么在原电流表的40mA处应改为______N.分析可知拉力计的刻度是否均匀______
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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