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(14分)在现代科学实验室中,经常用磁场来控制带电粒子的运动。有这样一个仪器的内...

(14分)在现代科学实验室中,经常用磁场来控制带电粒子的运动。有这样一个仪器的内部结构简化如图:1、2两处的条形匀强磁场区边界竖直,相距为L,磁场方向相反且垂直于纸面。一质量为m、电量为-q,重力不计的粒子,粒子以速度V平行于纸面射入1区,射入时速度与水平方向夹角θ=30 °。

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(1)当1区磁感应强度大小B1=B0时,粒子从1区右边界射出时速度与竖直边界方向夹角为60°,求B0及粒子在Ⅰ区运动的时间t。

(2)若2区B2=B1=B0,求粒子在1区的最高点与2区的最低点之间的高度差h。

(3)若B1=B0,为使粒子能返回1区,求B2应满足的条件。

 

见解析。 【解析】 试题分析: 设粒子射入磁场Ⅰ区的速度为v,在磁场Ⅰ区中做圆周运动的半径为R1,由动能定理和牛顿第二定律得 ② 由几何知识得: ③ 联立①②③式,代入数据得: ④ 设粒子在磁场Ⅰ区中做圆周运动的周期为T,运动的时间为t ⑤ ⑥ 联立②④⑤⑥式,代入数据得 ⑦ (2)设粒子在磁场Ⅱ区做圆周运动的半径为R2,由牛顿第二定律得: ⑧ 由几何知识可得 ⑨ 联立②③⑧⑨式,代入数据得: ⑩ (3)如图乙所示 为使粒子能再次回到Ⅰ区,应满足 (或) 联立代入数据得: (或) 考点:带电粒子在有界的匀强磁场中的运动。 【名师点睛】带电粒子在不同边界磁场中运动的几种常见情况: ①直线边界:进出磁场具有对称性,如图所示. ②平行边界:存在临界条件,如图所示. ③圆形边界:沿径向射入必沿径向射出,如图所示.    
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考点分析:
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(12分)在平面直角坐标系xOy中,第Ⅰ象限存在沿y轴负方向的匀强电场,第Ⅳ象限存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场,磁感应强度为B.一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子从y轴正半轴上的M点以一定的初速度垂直于y轴射入电场,经x轴上的N点与x轴正方向成θ=60°角射入磁场,最后从y轴负半轴上的P点垂直于y轴射出磁场,已知ON=d,如图所示.不计粒子重力,求:

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(1)粒子在磁场中运动的轨道半径R;

(2)粒子在M点的初速度v0的大小;

(3)粒子从M点运动到P点的总时间t。

 

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(9分)如图所示,在倾角为37°的光滑斜面上有一根长为0.4 m,质量为6×10-2 kg的通电直导线,电流强度I=1 A,方向垂直于纸面向外,导线用平行于斜面的轻绳拴住不动,整个装置放在磁感应强度每秒增加0.4 T,方向竖直向上的磁场中.设t=0时,B=0,则需要多长时间斜面对导线的支持力为零?(g取10 m/s2)

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(9分)如图所示,M为一线圈电阻r=0.4Ω的电动机,R=24Ω,电源电动势E=40V.当S断开时,电流表的示数,I1=1.6A,当开关S闭合时,电流表的示数为I2=4.0A求

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(1)电源内阻。

(2)开关S闭合时电动机发热消耗的功率和转化为机械能的功率。

(3)开关S闭合时电源的输出功率和电动机的机械效率。

 

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(6分)用如图甲所示的电路测量一节蓄电池的电动势和内电阻.蓄电池的电动势约为2V,内电阻很小.除蓄电池、开关、导线外可供使用的实验器材还有:

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A.电压表满分5 manfen5.com (量程3V)

B.电流表满分5 manfen5.com(量程0.6A)

C.电流表满分5 manfen5.com(量程3A)

D.定值电阻R0(阻值4Ω,额定功率4W)

E.滑动变阻器R1(阻值范围0—20Ω,额定电流1A)

F.滑动变阻器R2(阻值范围0—2000Ω,额定电流0.1A)

(1)电流表应选 ;滑动变阻器应选;(填器材前的字母代号).

(2)根据实验数据作出U—I图像(如图乙所示),则蓄电池的电动势E=V,内阻r=Ω;

(3)用此电路测量一节蓄电池的电动势和内电阻,产生误差的原因是;测出的电动势E与真实值相比偏。

 

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(4分)如图甲所示,螺旋测微器的读数为     mm,图乙用 0 ~ 0.6 A 挡,此电表的示数为    A

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