1、简答题 如图所示,在真空中,半径为R=5L0的圆形区域内存在匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里.在磁场右侧有一对平行金属板M和N,两板间距离为d=6L0,板长为L=12L0,板的中心线O1O2与磁场的圆心O在同一直线上.给M、N板加上电压U0,其变化情况如下图所示.有一电荷量为q、质量为m的带电的粒子,从M、N板右侧沿板的中心线,在t=0或t=T/4时刻以速率v向左射入M、N之间,粒子在M、N板的左侧刚好以平行于M、N板的速度射出.若上述粒子经磁场后又均能平行于M、N极板返回电场,而电场变化的周期T未知,求磁场磁感应强度B相应必须满足的条件.(不计粒子重力)
参考答案:
若要使从极板左端射入磁场的粒子又平行于极板返回电场,则它们在磁场中的运动半径r必须等于其在电场中垂直板方向上的位移y.即:r=y?
否则粒子运动的情况如图,粒子射出磁场时其速度方向不再与中轴线O1O2平行.
对于t=0射入电场的粒子
侧位移y=2N?12at2≤d2?
运动时间,t=T2?
由牛顿第二定律,则有a=Fm=qU0md=qU06mL0?
则NT=Lv=12L0v?
而qvB=mv2r?
解得:B=Nm2v36q2U0L0?(N=1、2、3、…)?
其中?N≥2qU0mv2?
对于t=T4时刻射入电场的粒子
侧位移y=2?12at2≤d2,
t=T4?
若粒子在电场中运动的时间是T2的偶数倍,则粒子沿中轴线O1O2射出电场,通过磁场偏转后,不可能再平行于中轴线O1O2射出磁场返回电场.故粒子在电场中运动的时间只能取T2的奇数倍.
(2N+1)2T=12L0v?
解得:B=(2N+1)2m2v36q2U0L0?(N=1、2、3、…)?
其中(2N+1)2≥2qU0mv2
即N≥12(
本题解析:
本题难度:一般
2、简答题 如图所示装置可用来分析气体原子的组成.首先使待研究气体进入电离室A,在此气体被电离成等离子体(待研究气体的等离子体由含有一价正离子和电荷量为e的电子组成,整体显电性).这些等离子体(统称“带电粒子”)从电离室下端狭缝S1飘出(忽略飘出的速度),经两极板间电压为U的加速电场后(忽略这些带电粒子被加速的时间),从狭缝S2沿垂直磁场方向进入磁感应强度为B的有界匀强磁场,在磁场的上、下边界处分别装有水平底片E和F.当双刀双掷开关分别掷向1、2和3、4时,发现从电离室狭缝S1飘出的带电粒子分别打在E和F上的P、Q点.已知狭缝S2与水平底片E上P点之间的距离d1=2.0cm,到水平底片F上Q点的水平距离d2=6.4cm,磁场区域宽度d=30cm.空气阻力、带电粒子所受重力以及带电粒子之间的相互作用均可忽略不计.
(1)试分析打在P点的带电粒子的带电性质,并写出该带电粒子质量的表达式;(要求用题中的字母表示)
(2)试确定打在Q点的带电粒子的质量和打在P点的带电粒子的质量之比;(结果保留两位有效数字)
(3)若P点是底片E上刻度尺的右端点,而实验中带电粒子总是打到P点右侧,从而导致不便于测量带电粒子击中底片位置到狭缝S2的距离,应如何调整可使带电粒子能打在P点左侧的位置.
参考答案:带电粒子电场中做加速运动,动能的增加量等于电场力对粒子做的功:eU=12mv2
进入磁场后,洛仑兹力提供向心力:qvB=mv2r,
得:r=mvqB? ①
联立以上3个公式,整理得:m=eB22U?r2? ②
(1)打在P点的粒子向右偏转,根据左手定则可以判定出,粒子带负电荷;同时还可以知道,粒子运动的轨迹是个半圆,所以:2r1=d1
将上式带入②,得到:m1=eB22U?r21=eB2d218U
(2)设打在Q点的粒子的半径是r2,则根据几何关系得:(r2-d2)2+d22=r22,
带入数据,求得:r2=73.5cm
所以:m1m2=r21r22=173.52=1.9×10-4
(3)要使带电粒子能打在P点左侧的位置,可以才用的方法就是减小粒子的运动半径.根据①可知,减小半径的方法有两种:一是增大磁场的强度,一是减小粒子进入磁场时的速度,即减小加速电场的电压U.
答:(1)在P点的带电粒子的带负电,该带电粒子质量的表达式m1=eB2d218U;
(2)打在Q点的带电粒子的质量和打在P点的带电粒子的质量之比1.9×10-4;
(3)增大磁场的强度或者减小加速电场的电压U可使带电粒子能打在P点左侧的位置.
本题解析:
本题难度:一般
3、选择题 甲、乙两个物体都做匀速圆周运动.转动半径比为3:4,在相同的时间里甲转过60圈时,乙转过45圈,则它们所受的向心加速度之比为( )
A.3:4
B.4;3
C.4:9
D.9:16
参考答案:B
本题解析:
本题难度:简单
4、选择题 一小球质量为0.1kg,用长为1m的细绳拴着在竖直面内恰好能做完整的圆周运动,g取10m/s2,则当小球运动到最低点时,绳子上张力为
[? ]
A.1N
B.2 N
C.3N
D.6N
参考答案:D
本题解析:
本题难度:一般
5、简答题 如图,在竖直平面内有一固定光滑轨道,BD是水平直轨道,BC是圆心为O、半径为R的
圆弧轨道,两轨道相切于B点.在外力作用下,一小球从A点由静止开始做匀加速直线运动,到达B点时撤除外力,AB两点的距离为R,已知小球刚好能沿圆轨道经过最高点C,重力加速度大小为g.求:
(1)小球在最高点C的速度大小;
(2)AB段运动的加速度的大小;
(3)小球从C点抛出落到D点时运动的水平距离.
参考答案:(1)小滑块恰好通过最高点,则有:mg=vC2R
解得:vC=
本题解析:
本题难度:一般