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如图所示,轻弹簧一端连于固定点O,可在竖直平面内自由转动,另一端连接一带电小球P...

如图所示,轻弹簧一端连于固定点O,可在竖直平面内自由转动,另一端连接一带电小球P,其质量m=2×10-2 kg,电荷量q=0.2 C.将弹簧拉至水平后,以某一初速度竖直向下射出小球P,小球P到达O点的正下方O1点时速度恰好水平,其大小V=15 m/s.若O、O1相距R=1.5 m,小球P在O1点与另一由细绳悬挂的、不带电的、质量M=1.6×10-1 kg的静止绝缘小球N相碰。碰后瞬间,小球P脱离弹簧,小球N脱离细绳,同时在空间加上竖直向上的匀强电场E和垂直于纸面的磁感应强度B=1T的匀强磁场。此后,小球P在竖直平面内做半径r=0.5 m的圆周运动。小球P、N均可视为质点,小球P的电荷量保持不变,不计空气阻力,取g=10 m/s2。那么,

(1)判断小球所带电性;

(2)试求碰后小球N的速度的大小;

(3)请通过计算并比较相关物理量,判断小球P、N碰撞后能否在某一时刻具有相同的速度。

(4)若题中各量为变量,在保证小球P、N碰撞后某一时刻具有相同速度的前提下,请推导出r的表达式(要求用B、q、m、θ表示,其中θ为小球N的运动速度与水平方向的夹角)。

 

(1)带正电(2)2.5m/s(3)不可能(4) (n=0.1.2.3) 【解析】(1)由题意知:N碰后做平抛,小球P在竖直平面内做匀速圆周运动,故P所受电场力和重力平衡,P带正电荷; (2)设P、N碰后的速度大小分别为和V,并令水平向右为正方向 由,得① 若P、N碰后速度同向时② 计算可得,这种碰撞不能实现; 设P、N瞬时必为反向运动,有③得;④ (3)设P、N速度相等时,N经过的时间为tN,P经过的时间为tP,此时N的速度V1的方向与水平方向的夹角为θ,有: cos⑤ 解得: , ⑥,代入数据得 对小球P,其圆周运动的周期为T,有⑦,即 P经过时,对应的圆心角为α,有⑧ 当磁感应强度B的方向垂直于纸面向外时,若P、N的速度相同,如图可知,有: 联立相关方程得 比较得: ,在此情况下,P、N的速度在同一时刻不可能相同; 当磁感应强度B的方向垂直于纸面向里时,若P、N的速度相同,如图可知,有: 同上得 比较得: ,在此情况下,P、N的速度在同一时刻不可能相同; (4)当B的方向垂直纸面朝外时,设在t时刻P、N的速度相同, , 再联立①⑥⑦⑧解得 考虑圆周运动的周期性(n=0.1.2.3) 当B的方向垂直纸面朝里时,设在t时刻P、N的速度相同, 同理得 考虑圆周运动的周期性,有(n=0.1.2.3) (给定的B、q、r、m、等物理量决定n的取值)  
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考点分析:
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图中滑块和小球的质量均为m,滑块可在水平放置的光滑固定导轨上自 由滑动,小球与滑块上的悬点O由一不可伸长的轻绳相连,轻绳长为了L.开始时,轻绳处于水平拉直状态,小球和滑块均静止.现将小球由静止释放,当小球到达最低点时,滑块刚好被一表面涂有粘性物质的固定挡板粘住,在极短的时间内速度减为零,小球继续向左摆动。求:

(1)从滑块与挡板接触到速度刚好变为零的过程中,挡板阻力对滑块的冲量的大小.

(2)小球从释放到第一次到达最低点的过程中,绳的拉力对小球做功的大小.

 

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如图所示,将长50cm,质量为10g的均匀金属棒ab两端用两只相同的弹簧悬挂成水平状态,位于垂直纸面向里的匀强磁场中.当金属棒中通过0.4A电流时,弹簧恰好不伸长,求:

1)匀强磁场中磁感应强度是多大.

2)当金属棒通0.2Aab的电流时,弹簧伸长1cm,如果电流方向由ba,而电流大小不变,弹簧伸长又是多少.(取g=9.8m/s2

 

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如图所示为一简单欧姆表原理示意图,其中电流表的满偏电流Ig300 μA,内阻Rg100 Ω,可变电阻的最大阻值为10 kΩ,电池的电动势E1.5 V,内阻r0.5 Ω,图中与接线柱A相连的表笔颜色应是________色,按正确使用方法测量电阻Rx的阻值时,指针指在刻度盘的正中央,则Rx________ kΩ。若该欧姆表使用一段时间后,电池电动势变小、内阻变大,但此表仍能调零,按正确使用方法再测上述Rx,其测量结果与原结果相比较________(偏大”“偏小不变”)

 

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某同学用如图所示的装置验证动量守恒定律,其操作步骤如下

A.将操作台调为水平;B.用天平测出滑块AB的质量mAmB

C.用细线将滑块AB连接,滑块AB紧靠在操作台边缘,使AB间的弹簧处于压缩状态;

D.剪断细线,滑块AB均做平抛运动,记录AB滑块的落地点MN

E.用刻度尺测出MN距操作台边缘的水平距离x1x2F.用刻度尺测出操作台面距地面的高度h.

1上述步骤中,多余的步骤是________.

2如果动量守恒,须满足的关系是_____________________________(用测量量表示).

 

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如图所示,在正方形区域abcd内有方向垂直于纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场。在t=0时刻,位于正方形中心O的离子源向平面abcd内各个方向发射出大量带正电的粒子,所有粒子的初速度大小均相同,粒子在磁场中做圆周运动的半径恰好等于正方形的边长,不计粒子的重力以及粒子间的相互作用力。已知平行于ad方向向下发射的粒子在t=t0时刻刚好从磁场边界cd上某点离开磁场,下列说法正确的是(    )

A. 粒子在该磁场中匀速圆周运动的周期为6t0

B. 粒子的比荷为

C. 粒子在磁场中运动的轨迹越长,对应圆弧的圆心角越大

D. 初速度方向正对四个顶点的粒子在磁场中运动时间最长

 

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