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如图甲所示的坐标系中,第四象限内存在垂直于纸面向里的有界匀强磁场,x方向的宽度O...

如图甲所示的坐标系中,第四象限内存在垂直于纸面向里的有界匀强磁场,x方向的宽度OA=cmy方向无限制,磁感应强度B0=1×10-4T。现有一比荷为=2×1011C/kg的正离子以某一速度从O点射入磁场,α=60°,离子通过磁场后刚好从A点射出。

(1)求离子进入磁场B0的速度的大小;

(2)离子进入磁场B0后,某时刻再加一个同方向的匀强磁场,使离子做完整的圆周运动,求所加磁场磁感应强度的最小值;

(3)离子进入磁场B0的同时,再加一个如图乙所示的变化磁场(正方向与B0方向相同,不考虑磁场变化所产生的电场),求离子从O点到A点的总时间。

 

(1)v=4×105m/s (2) (3) 【解析】(1)如图所示,由几何关系得离子在磁场中运动时的轨道半径r1=0.2m 离子在磁场中做匀速圆周运动,洛仑兹力提供向心力 求得:v=4×106m/s (2)由 知,B越小,r越大.设离子在磁场中最大半径为R 由几何关系得:R=0.05m 由牛顿运动定律得 求得B1=4×10-4T 则外加磁场△B1=3×10−4T (3)离子在原磁场中运动周期 离子在磁场中运动第一次遇到外加磁场的过程中轨迹对应的圆心角 此时施加附加磁场时离子在磁场中能做的圆周运动的最大半径为r2 由几何关系知: 离子在有附加磁场时运动半径为r3 则 ,求得 因r3<r2,所以离子能做完整的圆周运动 离子在外加磁场后时, 对照外加磁场的规律可知,每隔 离子在周期性外加磁场时,离子恰可做一次完整的匀速圆周运动,共做三次,最后在A点离开磁场.离子从O点进入到A点射出的总时间为 点睛:该题主要考查了带电粒子在磁场中的运动.要求同学们能正确画出粒子运动的轨迹,并根据几何关系求得轨道半径,能用向心力公式和周期公式解题,难度较大,属于难题。  
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考点分析:
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如图甲所示,两条足够长的光滑平行金属导轨竖直放置,导轨间距为L=1m,两导轨的上端间接有电阻,阻值R=2Ω 虚线OO′下方是垂直于导轨平面向里的匀强磁场,磁场磁感应强度为2T,现将质量m=0.1kg,电阻r=2Ω的金属杆ab,从OO′上方某处由静止释放,金属杆在下落的过程中与导轨保持良好接触,且始终保持水平,不计导轨的电阻.已知金属杆下落0.3m的过程中加速度a与下落距离h的关系图象如图乙所示.求:

(1)金属杆刚进入磁场时速度多大?下落了0.3m时速度为多大?

(2)金属杆下落0.3m的过程中,在电阻R上产生的热量?

(3)金属杆下落0.3m的过程中,通过电阻R的电荷量q

 

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如图所示,从A点以v0=4ms的水平速度抛出一质量m=lkg的小物块(可视为质点),当物块运动至B点时,恰好沿切线方向进入固定光滑圆弧轨道BC,经圆孤轨道后滑上与C点等高、静止在光滑水平面的长木板上,圆弧轨道C端切线水平。已知长木板的质量M=3kgAB两点距C点的高度分别为H=0.6mh=0.15mR=0.75m,物块与长木板之间的动摩擦因数μ=0.5,g10ms2,求:

(1)小物块运动至B点时的速度大小和方向;

(2)小物块滑动至C点时,对圆弧轨道C点的压力;

(3)长木板至少为多长,才能保证小物块不滑出长木板?

 

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某些固体材料受到外力后除了产生形变,其电阻率也发生变化,这种由于外力的作用而使材料电阻率发生变化的现象称为“压阻效应”。现用如下图所示的电路研究某长薄板电阻Rx的压阻效应。已知Rx的阻值变化范围为几欧到几十欧,实验室中有下列器材:

A.电源E(3V,内阻约为1Ω)

B.电流表A1(0.6 A,内阻r1=5Ω)

C.电流表A2(0.6 A,内阻r2约为1Ω)

D.开关S,定值电阻R0

①为了较准确地测量电阻Rx的阻值,请将电流表A1A2接入虚线框内并画出其中的电路图。

②在电阻Rx上加一个竖直向下的力F(设竖直向下为正方向),闭合开关S,记下电表读数,A1的读数为I1A2的读数为I2,则Rx______________(用字母表示)。

③改变力的大小,得到不同的Rx值,然后让力反向从下向上挤压电阻,并改变力的大小,得到不同的Rx值,最后绘成的图像如上图所示。当F竖直向下(设竖直向下为正方向)时,可得Rx与所受压力F的数值关系是Rx__________。(各物理量单位均为国际单位)

④定值电阻R0的阻值应该选用________________

A1 Ω      B5 Ω       C10 Ω        D.20 Ω

 

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某探究学习小组的同学欲以如图装置中的滑块为对象验证动能定理,他们在实验室组装了一套如图所示的装置,另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙、垫块等需要的东西.当滑块连接上纸带,用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时,释放小桶,滑块处于静止状态.若你是小组中的一位成员,要完成该项实验,则:

1)实验时为了保证滑块(质量为M)受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等,实验时首先要做的步骤是     ,另外沙和沙桶的总质量m应满足的实验条件是    

2)在(1)的基础上,某同学用天平称量滑块的质量M.往沙桶中装入适量的细沙,用天平称出此时沙和沙桶的总质量m.让沙桶带动滑块加速运动,用打点计时器记录其运动情况,在打点计时器打出的纸带上取两点,测出这两点的间距L和这两点的速度大小v1v2v1v2).则对滑块,本实验最终要验证的数学表达式为    (用题中的字母表示).

3)由于实验原理上的原因,上述数学表达式只能是近似成立,那么,此试验中真正成立的等式为    (仍用上述题中的字母表示).

 

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如图,质量为M、半径为R的半球形物体A放在粗糙水平地面上,通过最高点处的钉子用水平轻质细线拉住一质量为m、半径为r的光滑球B,重力加速度为g。则BA的压力大为____________。若剪断绳子(A不动),则此瞬时球B加速度大小为_____________

 

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