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如图所示,坐标系xOy在竖直平面内,x轴正方向水平向右,y轴正方向竖直向上.y<...

如图所示,坐标系xOy在竖直平面内,x轴正方向水平向右,y轴正方向竖直向上.y<0的区域有垂直于坐标平面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B;在第一象限的空间内有与x轴平行的匀强电场(图中未画出);第四象限有与x轴同方向的匀强电场;第三象限也存在着匀强电场(图中未画出).一个质量为m、电荷量为q的带电微粒从第一象限的P点由静止释放,恰好能在坐标平面内沿与x轴成θ=30°角的直线斜向下运动,经过x轴上的a点进入y<0的区域后开始做匀速直线运动,经过y轴上的b点进入x<0的区域后做匀速圆周运动,最后通过x轴上的c点,且Oa=Oc.已知重力加速度为g,空气阻力可忽略不计,求:

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(1)第一象限电场的电场强度E1的大小及方向;

(2)带电微粒由P点运动到c点的过程中,其电势能的变化量大小;

(3)带电微粒从a点运动到c点所经历的时间.

 

(1),方向水平向左. (2). (3)   【解析】 试题分析:(1)根据粒子在第四象限内做匀速直线运动,受重力、电场力和洛伦兹力平衡,知微粒带正电,根据粒子在第一象限内,合力的方向沿Pa方向,可知电场力的方向,从而确定电场强度的方向,根据平行四边形定则求出电场力大小,从而得出电场强度的大小. (2)根据电场力做功判断电势能的变化量,在)带电粒子从a点运动到c点的过程中,速度大小不变,即动能不变,且重力做功为零,所以从a点运动到c点的过程中,电场力对带电粒子做功为零.根据粒子在第四象限做匀速直线运动得出速度的大小,从而得出粒子在第一象限内做匀加速直线运动在x轴上的分速度,结合牛顿第二定律和运动学公式求出沿x轴方向上的位移,从而确定出粒子在第一象限内电场力做的功,根据整个过程电场力做功求出电势能的变化量大小. (3)粒子在第三象限内做匀速直线运动,在第四象限内做匀速圆周运动,根据几何关系,结合带电粒子在第三象限内的位移和第四象限内的圆心角,分别求出在两个象限内运动的时间,从而确定出总时间. 【解析】 (1)在第一象限内,带电微粒从静止开始沿Pa做匀加速直线运动,受重力mg和电场力qE1的合力一定沿Pa方向,电场力qE1一定水平向左. 带电微粒在第四象限内受重力mg、电场力qE2和洛仑兹力qvB做匀速直线运动,所受合力为零.分析受力可知微粒所受电场力一定水平向右,故微粒一定带正电. 所以,在第一象限内E1方向水平向左(或沿x轴负方向). 根据平行四边形定则,有 mg=qE1tanθ 解得 . (2)带电粒子从a点运动到c点的过程中,速度大小不变,即动能不变,且重力做功为零,所以从a点运动到c点的过程中,电场力对带电粒子做功为零. 由于带电微粒在第四象限内所受合力为零,因此有 qvBcosθ=mg 带电粒子通过a点的水平分速度vx=vcosθ= 带电粒子在第一象限时的水平加速度ax==g 带电粒子在第一象限运动过程中沿水平方向的位移x=. 由P点到a点过程中电场力对带电粒子所做的功W电=qE1x= 因此带电微粒由P点运动到c点的过程中,电势能的变化量大小 △E电= (3)在第三象限内,带电微粒由b点到c点受重力mg、电场力qE3和洛仑兹力qvB做匀速圆周运动,一定是重力与电场力平衡,所以有 qE3=mg 设带电微粒做匀速圆周运动的半径为R,根据牛顿第二定律,有 qvB= 带电微粒做匀速圆周运动的周期 T= 带电微粒在第三象限运动的轨迹如图所示,连接bc弦,因Oa=Oc,所以△abc为等腰三角形,即∠Ocb=∠Oab=30°.过b点做ab的垂线,与x轴交于d点,因∠Oba=60°,所以∠Obd=30°,因此△bcd为等腰三角形,bc弦的垂直平分线必交于x轴上的d点,即d点为轨迹圆的圆心. 所以带电粒子在第四象限运动的位移xab=Rcotθ=R 其在第四象限运动的时间t1= 由上述几何关系可知,带电微粒在第三象限做匀速圆周运动转过的圆心角为120°,即转过圆周,所以从b到c的运动时间 t2= 因此从a点运动到c点的时间 t=t1+t2=+=. 答:(1)第一象限电场的电场强度E1的大小,方向水平向左. (2)带电微粒由P点运动到c点的过程中,其电势能的变化量大小为. (3)带电微粒从a点运动到c点所经历的时间为.   【点评】带电粒子在复合场中的运动是整个高中的重点,也是高考的必考的内容,粒子的运动过程的受力分析以及运动情况分析是解题的关键.  
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考点分析:
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如图甲所示,空间存在一有界匀强磁场,磁场的左边界如虚线所示,虚线右侧足够大区域存在磁场,磁场方向竖直向下.在光滑绝缘水平面内有一长方形金属线框,ab边长为l=0.2m,线框质量m=0.1kg、电阻R=0.1Ω,在水平向右的外力F作用下,以初速度v0=1m/s匀加速进入磁场,外力F大小随时间t变化的图线如图乙所示.以线框右边刚进入磁场时开始计时,求:

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(1)匀强磁场的磁感应强度B

(2)线框进入磁场的过程中,通过线框的电荷量q;

(3)若线框进入磁场过程中F做功为WF=0.27J,求在此过程中线框产生的焦耳热Q.

 

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如图甲所示,一个可视为质点的质量m=2kg的物块,在粗糙水平面上滑行,经过A点时物块速度为v0=12m/s,同时对其施加一与运动方向相反的恒力F,此后物块速度随时间变化的规律如图乙所示,取g=10m/s2.求:

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(1)物块与水平面之间的动摩擦因数μ和所施加的恒力F大小;

(2)从施加恒力F开始,物块再次回到A点时的速度大小.

 

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某科技小组要测量一未知电阻Rx的阻值,实验室提供了下列器材:

A.待测电阻Rx

B.电池组(电动势3V,内阻约5Ω)

C.电压表(量程3V,内阻约3 000Ω)

D.电流表(量程5mA,内阻约10Ω)

E.滑动变阻器(最大阻值50Ω,额定电流1.0A)

F.开关、导线若干

该小组使用完全相同的器材用不同的测量电路(电流表内接或外接)进行测量,并将其测量数据绘成U一I图象,如图甲和图乙所示.

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①由测量结果判定      图测量结果较为准确,其测量值Rx=      Ω(结果保留三位有效数字),Rx的测量值      真实值(选填“大于”“等于”或“小于”).

②请把正确的测量电路图画在图丙方框内.

 

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为了测量木块与木板间动摩擦因数μ,某小组使用位移传感器设计了如图甲所示实验装置,让木块从倾斜木板上一点A由静止释放,位移传感器可以测出木块到传感器的距离.位移传感器连接计算机,描绘出木块相对传感器的位移S随时间t变化规律,如图所示.

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(1)根据上述图线,计算0.4s时木块的速度v=      m/s,木块加速度a=      m/s2

(2)为了测定动摩擦因数μ,还需要测量的量是      ;(已知当地的重力加速度g);

(3)为了提高木块与木板间动摩擦因数μ的测量精度,下列措施可行的是      (单选)

A.A点与传感器距离适当大些

B.木板的倾角越大越好

C.选择体积较大的空心木块

D.传感器开始计时的时刻必须是木块从A点释放的时刻.

 

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如图所示,平行金属导轨宽度为L=0.6m,与水平面间的倾角为θ=37°,导轨电阻不计,底端接有阻值为R=3Ω的定值电阻,磁感应强度为B=1T的匀强磁场垂直向上穿过导轨平面.有一质量为m=0.2kg,长也为L的导体棒始终与导轨垂直且接触良好,导体棒的电阻为Ro=1Ω,它与导轨之间的动摩擦因数为μ=0.3.现让导体棒从导轨底部以平行斜面的速度vo=10m/s向上滑行,上滑的最大距离为s=4m.(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2),以下说法正确的是(  )

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A.把运动导体棒视为电源,最大输出功率6.75W

B.导体棒最后可以下滑到导轨底部,克服摩擦力做的总功为10.0J

C.当导体棒向上滑d=2m时,速度为7.07m/s

D.导体棒上滑的整个过程中,在定值电阻R上产生的焦耳热为2.46J

 

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