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如图所示的竖直平面内,相距为d不带电且足够大的平行金属板M、N水平固定放置,与灯...

如图所示的竖直平面内,相距为d不带电且足够大的平行金属板MN水平固定放置,与灯泡L、开关S组成回路并接地,M板上方有一带电微粒发射源盒D,灯泡L的额定功率与额定电压分别为PLUL.电荷量为q、质量为m1的带电微粒以水平向右的速度v0连续发射,D盒右端口距M板高h,带电微粒落到M板上后其电荷立即被吸收且在板面均匀分布,在板间形成匀强电场,当M板吸收一定电量后闭合开关S,灯泡能维持正常发光,质量为m2的带电粒子Q以水平速度从左侧某点进入板间,并保持该速度穿过MN.设带电微粒可视为质点,重力加速度为g,忽略带电微粒间的相互作用及空气阻力,试分析下列问题:

1)初始时带电微粒落在M板上的水平射程为多少?

2)粒子发射源的发射功率多大?

3)若在MN板间某区域加上磁感应强度为B、方向垂直于纸面的匀强磁场,使Q粒子在纸面内无论从左侧任何位置以某最小的水平速度进入,都能到达N板上某定点O,求该Q粒子的最小速度和所加磁场区域为最小时的几何形状及位置。

 

(1)(2)(3),磁场的最小区域为圆,半径为d,圆心为距O点d的板间中心处 【解析】(1)由题知,在初始时M板不带电,带电微粒在空间做平抛运动.设带电微粒到达M板的时间为t1,水平射程为l1,有:  h=gt12…①  l1=v0t1…② 联立①、②,得…③ (2)灯泡正常发光,金属板M、N间的电压为UL,由电容器知识可知,金属板M、N所带电量为定值.这时落到板M的电量全部流过灯泡.设流过灯泡的电流为IL,在时间t内流过灯泡的电量为QL,有PL=ILUL…④QL=ILt…⑤ 设单位时间发射带电微粒的个数为n,有QL=nqt…⑥ 联立④⑤⑥,得 …⑦ 根据功率知识,有 …⑧ (3)闭合开关S后,M、N板间为匀强电场,Q进入后速度不变,则说明Q所受电场力与重力平衡,设Q粒子电荷量为q2有q2 =m2g,q2= …⑨ 再进入磁场区域必做匀速圆周运动.以O点为坐标原点如图建立直角坐标系xOy,Q进入板间做匀速直线运动,到达G点时进入磁场做匀速圆周运动到达O点.设Q做匀速圆周运动的圆心为C,半径为r,OC与水平方向的夹角为θ,G点的坐标为(x,y),有  x=-rcosθ…⑩  y=r+rsinθ…(11) 联立⑨⑩式,得  x2+(y-r)2=r2…(12) 由(12)式知道磁场在y轴左边的边界为半圆,要让Q粒子以最小速度在板间任何位置水平入射进入且又要该圆为最小,必有 r=d…(13) Q靠近M板进入磁场时做匀速圆周运动的轨迹为y轴右边的半圆,其方程为 x2+(y−)2=()2…(14) Q从其它位置进入磁场做匀速圆周运动的轨迹不会超出y轴与此半圆所围区域,故磁场在y轴右边区域最小的边界也为该半圆,则磁场的最小区域为圆,半径为d,圆心为距O点d的板间中心处.
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考点分析:
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如图所示,在光滑水平地面上有一固定的挡板,挡板左端定一个轻弹簧。小车AB的质量M=3kg,长L=4m(其中O为小车的中点,AO部分粗糙,BO部分光滑),一质量为m=1kg的小物块(可视为质点),放在小车的最左端,车和小物块一起以v0=4m/s的速度在水平面上向右匀速运动,车撞到挡板后瞬间速度变为零,但未与挡板粘连。已知车OB部分的长度大于弹簧的自然长度,小物块与弹簧作用过程中弹簧始终处于弹性限度内,小物块与小车AO部分之间的动摩擦因数为μ=0.3,重力加速度取10m/s2。求

(1)小物块和弹簧相互作用的过程中,弹簧具有的最大弹性势能;

(2)小物块和弹簧相互作用的过程中,弹簧对小物块的冲量;

(3)小物块最终停在小车上的位置距A端多远。

 

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实验室有一破损的双量程电压表,两量程分别是3V15V,其内部电路如图所示,因电压表的表头G已烧坏,无法知道其电学特性,但两个精密电阻R1、R2完好,测得R1=2.9kΩ,R2=14.9kΩ。现有两个表头,外形都与原表头G相同,已知表头G1的满偏电流为1mA,内阻为50Ω;表头G2的满偏电流0.5mA,内阻为200Ω,另有三个精密定值电阻r1=50Ω,r2=100Ω,r3=150Ω。若保留R1、R2的情况下,对电压表进行修复,根据所给条件回答下列问题:

(1)原表头G满偏电流I=________,内阻r=________

(2)在虚线框中画出修复后双量程电压表的电路(标识出所选用的相应器材符号)________________

 

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某实验小组利用如图所示的装置探究功和动能变化的关系,他们将宽度为d的挡光片固定在小车上用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与砝码盘相连,在水平实验台上的A、B两点各安装一个光电门,记录小车通过A、B时的遮光时间,小车中可以放置砝码。

(1)实验主要步骤如下:

①将小车停在C点,在砝码盘中放上砝码,小车在细线拉动下运动,记录此时小车及小车中砝码的质量之和为M,砝码盘和盘中砝码的总质量为m,小车通过A、B时的遮光时间分别为t1t2,则小车通过A、B过程中动能的变化量△E=_________(用字母M、t1t2、d表示)。

②在小车中增减砝码或在砝码盘中增减砝码,重复①的操作。

⑤如图所示,用游标卡尺测量挡光片的宽度d=________cm

(2)下表是他们测得的多组数据,其中M是小车及小车中砝码质量之和,|v22v12|是两个速度的平方差,可以据此计算出动能变化量△E,F是砝码盘及盘中砝码的总重力,W是F在A、B间所做的功表格中△E3=_________W3=_________(结果保留三位有效数字)。

(3)若在本实验中没有平衡摩擦力,假设小车与水平长木板之间的动摩擦因数为μ。利用上面的实验器材完成实验,保证小车质量不变,改变砝码盘中砝码的数量(取绳子拉力近似为砝码盘及盘中砝码的总重力),测得多组m、t1t2的数据,并得到m与()2()2的关系图像如图。已知图像在纵轴上的截距为b,直线PQ的斜率为k,A、B两点的距离为s,挡光片的宽度为d,求解μ=_________(用字母b、d、s、k、g表示)

 

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如图所示,在距水平地面高为0.4m处,水平固定一根长直光滑杆,在杆上P点固定一个定滑轮,滑轮可绕水平轴无摩擦转动,在P点的右边杆上套有一质量m=2kg的小球A。半径R=0.3m的光滑半圆形细轨道竖直固定在水平地面上,其圆心OP点的正下方,在轨道上套有一质量也为m=2kg的小球B。用一条不可伸长的柔软细绳,通过定滑轮将两小球连接起来。杆和半圆形轨道在同一竖直面内,两小球均可看作质点,且不计滑轮大小的影响,CP点正下方圆轨道上的点。现给小球A一个水平向右的恒力F=50N,取g=10m/s²,则下列判断正确的是

A. 小球B运动到C处时的速度大小为0

B. 把小球B从地面拉到C处时力F做功为20J

C. 小球B被拉到与小球A速度大小相等时,sinOPB=3/4

D. 把小球B从地面拉到C处时小球B的机械能增加了6J

 

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如图甲所示,无限长通电直导线MN固定在绝缘水平面上,导线中通有图乙所示的电流i(沿NM方向为正)。与R组成闭合电路的导线框ABCD同直导线处在同一水平面内,AB边平行于直导线,则

A. 0~t0时间内,流过R的电流方向为C→R→D

B. t0~2t0时间内,流过R的电流方向为C→R→D

C. 0~t0时间内,导线框所受安掊力的大小先增大后减小

D. t0~2t0时间与2t0~3t0时间内,导线框所受安培力的方向均向右

 

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