(2011?福建模擬)如圖所示,在坐標(biāo)系xoy平面的x>0區(qū)域內(nèi),有電場強(qiáng)度E=2×105N/C,方向沿y軸負(fù)向的勻強(qiáng)電場和磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.20T,方向與xoy平面垂直向里的勻強(qiáng)磁場.在y軸上有一足夠長的熒光屏MN,在x軸上的P(10,0)點(diǎn)處有一粒子發(fā)射槍連續(xù)不斷的發(fā)射大量質(zhì)量m=6.4×10-27kg,電量q=3.2×10-19C的帶正電粒子,其向x軸方向發(fā)射的粒子恰能沿x軸做勻速直線運(yùn)動(dòng).若撤去電場,并使粒子發(fā)射槍以P為軸在xoy平面內(nèi)以角速度ω=2πrad/s逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)(整個(gè)裝置都處在真空中),求:
(1)帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑;
(2)熒光屏上閃光點(diǎn)的范圍;
(3)熒光屏上閃光點(diǎn)從最高點(diǎn)移動(dòng)到最低點(diǎn)所用的時(shí)間.
分析:(1)粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng),所示合力為零,由平衡條件可以求出粒子的運(yùn)動(dòng)速度;
粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力提供向心力,由牛頓第二定律列方程可以求出粒子的軌道半徑.
(2)根據(jù)題意作出粒子電子打在熒光屏上的范圍圖示,然后由數(shù)學(xué)知識(shí)求出熒光屏上閃光點(diǎn)的范圍.
(3)求出粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期,求出粒子運(yùn)動(dòng)的圓心角,最后求出粒子的運(yùn)動(dòng)時(shí)間.
解答:解:(1)由粒子在復(fù)合場中做勻速運(yùn)動(dòng),有:qE=qvB,
撤去電場后,有:qvB=m
v2
R

∴粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑:
R=
mE
qB2
=
6.4×10-27×2×105
3.2×10-19×0.22
m=0.1
m;
(2)粒子運(yùn)動(dòng)軌跡畫出右圖所示,可知,粒子最上端打在A點(diǎn),
最下端打在B點(diǎn):dOA=Rtan600=
3
R
,dOB=R,
dAB=(
3
+1)R=0.273m
;
(3)粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期:
T=
2πm
qB
=6.28×10-7s

粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間可以忽略不計(jì)
閃光點(diǎn)從最高點(diǎn)移到最低點(diǎn)的過程中,
粒子槍轉(zhuǎn)過的圓心角為φ=
6
,
∴用時(shí) t=
φ
ω
=
6
s=
5
12
s
;
答:(1)帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑是0.1m;
(2)熒光屏上閃光點(diǎn)的范圍為0.273m;
(3)熒光屏上閃光點(diǎn)從最高點(diǎn)移動(dòng)到最低點(diǎn)所用的時(shí)間
5
12
點(diǎn)評:粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng),由平衡條件可以求出粒子的運(yùn)動(dòng)速度,粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力提供向心力,由牛頓第二定律列方程,可以求出粒子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑;求出粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)所轉(zhuǎn)過的圓心角是求出粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間的關(guān)鍵;第二問是本題的難點(diǎn),根據(jù)題意作出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡是解題的關(guān)鍵.
練習(xí)冊系列答案
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(2011?福建模擬)如圖所示,質(zhì)量為m的物塊從A點(diǎn)由靜止開始下落,加速度是
1
2
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(2011?福建模擬)如圖所示,水平桌面上有一輕彈簧,左端固定在A點(diǎn),自然狀態(tài)時(shí)其右端位于B點(diǎn).水平桌面右側(cè)有一豎直放置的光滑軌道MNP,其形狀為半徑R=0.8m的圓環(huán)剪去了左上角135°的圓弧,MN為其豎直直徑,P點(diǎn)到桌面的豎直距離也是R.用質(zhì)量m1=0.4kg的物塊將彈簧緩慢壓縮到C點(diǎn),釋放后彈簧恢復(fù)原長時(shí)物塊恰停止在B點(diǎn).用同種材料、質(zhì)量為m2=0.2kg的物塊將彈簧緩慢壓縮到C點(diǎn)釋放,物塊過B點(diǎn)后做勻變速運(yùn)動(dòng)其位移與時(shí)間的關(guān)系為s=6t-2t2,物塊飛離桌面后由P點(diǎn)沿切線落入圓軌道.g=10m/s2,求:

(1)物塊m2過B點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度V0及與桌面間的滑動(dòng)摩擦因數(shù).
(2)BP間的水平距離
(3)判斷m2能否沿圓軌道到達(dá)M點(diǎn)(要求計(jì)算過程).
(4)釋放后m2運(yùn)動(dòng)過程中克服摩擦力做的功.

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(2011?福建模擬)2011年初,我國南方多次遭受嚴(yán)重的冰災(zāi),給交通運(yùn)輸帶來巨大的影響.已知汽車橡膠輪胎與普通路面的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.7,與冰面的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.1.當(dāng)汽車以某一速度沿水平普通路面行駛時(shí),急剎車后(設(shè)車輪立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)),汽車要滑行14m才能停下.那么,在冰凍天氣,該汽車若以同樣速度在結(jié)了冰的水平路面上行駛,急剎車后汽車?yán)^續(xù)滑行的距離增大了多少?

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