(17分)一绝缘“U”型杆由两段相互平行的足够长的竖直直杆PQ、MN和一半径为R的光滑半圆环QAN组成.固定在竖直平面内,其中杆PQ是光滑的,杆MN是粗糙的,整

(17分)一绝缘“U”型杆由两段相互平行的足够长的竖直直杆PQ、MN和一半径为R的光滑半圆环QAN组成.固定在竖直平面内,其中杆PQ是光滑的,杆MN是粗糙的,整

题型:不详难度:来源:
(17分)一绝缘“U”型杆由两段相互平行的足够长的竖直直杆PQ、MN和一半径为R的光滑半圆环QAN组成.固定在竖直平面内,其中杆PQ是光滑的,杆MN是粗糙的,整个装置处在水平向右的匀强电池中.在QN连线下方区域足够大的范围内同时存在垂直竖直平面向外的匀强磁场,磁感应强度为.现将一质量为m、带电量为-q(q>0)的小环套在PQ杆上,小环所受的电场力大小为其重力的3倍.(重力加速度为g).求:
(1)若将小环由C点静止释放,刚好能达到N点,求CQ间的距离;
(2)在满足(1)问的条件下,小环第一次通过最低点A时受到圆环的支持力的大小;
(3)若将小环由距Q点8R处静止释放,设小环与MN杆间的动摩擦因数为u,小环所受最大静摩擦力大小相等,求小环在整个运动过程则克服摩擦力所做的功.

答案
(1)6R (2)mg  (3)
解析

试题分析:(1)设电场强度为E,CQ距离为L,对小环从C至N,由动能定理:
    …………(2分)
由题意有      
解得   …………(2分)         
(2)设小环在A点速度为,对小环从C至A的过程,由动能定理:
 …………(2分)
由小环在A点的受力分析及牛顿第二定律得:…………(2分)
由上式可得         …………(2分)
(3)小环首次到N点速度不为零,将向上运动,当速度为零时,若满足
(i),即,小环将保持静止。设此时小环距N点距离为,则对全程由动能定理:
…………(2分)
则克服摩擦力做功 …………(1分)
(ii) ,即,小环将来回往复运动,最终会在N点的速度减为零。对全程由动能定理: …………(2分)
得克服摩擦力做功       …………(2分)  
举一反三
(22分)如图所示,在一二象限内范围内有竖直向下的运强电场E,电场的上边界方程为。在三四象限内存在垂直于纸面向里、边界方程为的匀强磁场。现在第二象限中电场的上边界有许多质量为m,电量为q的正离子,在处有一荧光屏,当正离子达到荧光屏时会发光,不计重力和离子间相互作用力。

(1)求在处释放的离子进入磁场时速度。
(2)若仅让横坐标的离子释放,它最后能经过点,求从释放到经过点所需时间t.
(3)若同时将离子由静止释放,释放后一段时间发现荧光屏上只有一点持续发出荧光。求该点坐标和磁感应强度
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(18分)如图(a)所示,平行金属板间的距离为,现在板上加上如图(b)所示的方波形电压,=0时板比板的电势高,电压的正向值为,反向值也为,现有由质量为的带正电且电荷量为的粒子组成的粒子束,从的中点以平行于金属板方向的速度不断射入,所有粒子不会撞到金属板且在间的飞行时间均为,不计重力影响。试求:

(1)粒子射出电场时的速度大小及方向;
(2)粒子打出电场时位置离点的距离范围;
(3)若要使打出电场的粒子经某一垂直纸面的圆形区域匀强磁场偏转后,都能到达圆形磁场边界的同一个点,而便于再收集,则磁场区域的最小半径和相应的磁感强度是多大?
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(18分)如图a所示,水平直线MN下方有竖直向上的匀强电场,现将一重力不计、比荷的正电荷置于电场中的O点由静止释放,经过后,电荷以的速度通过MN进入其上方的匀强磁场,磁场与纸面垂直,磁感应强度B按图b所示规律周期性变化(图b中磁场以垂直纸面向外为正,以电荷第一次通过MN时为t=0时刻).计算结果可用π表示。
(1)求O点与直线MN之间的电势差;
(2)求图b中时刻电荷与O点的水平距离;
(3)如果在O点右方d=67.5cm处有一垂直于MN的足够大的挡板,求电荷从O点出发运动到挡板所需的时间。

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如图所示为一个有界的足够大的匀强磁场区域,磁场方向垂直纸面向里,一个不计重力的带正电的粒子以某一速率v垂直磁场方向从O点进入磁场区域,电子进入磁场时速度方向与边界夹角为θ,下列有关说法正确的是
A.若θ一定,速度v越大,粒子在磁场中运动时间越长
B.粒子在磁场中运动时间与速度v有关,与角θ大小无关
C.若速度v一定,θ越大,粒子在磁场中运动时间越长
D.粒子在磁场中运动时间与角度θ有关,与速度v无关

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(18分)如图所示,圆心为原点、半径为R的圆将xOy平面分为两个区域,即圆内区域Ⅰ和圆外区域Ⅱ。区域Ⅰ内有方向垂直于xOy平面的匀强磁场B1。平行于x轴的荧光屏垂直于xOy平面,放置在坐标y=-2.2R的位置。一束质量为m、电荷量为q、动能为E0的带正电粒子从坐标为(-R,0)的A点沿x正方向射入区域Ⅰ,当区域Ⅱ内无磁场时,粒子全部打在荧光屏上坐标为(0,-2.2R)的M点,且此时,若将荧光屏沿y轴负方向平移,粒子打在荧光屏上的位置不变。若在区域Ⅱ内加上方向垂直于xOy平面的匀强磁场B2,上述粒子仍从A点沿x轴正方向射入区域Ⅰ,则粒子全部打在荧光屏上坐标为(0.4R,-2.2R)的 N点。求:

(1)打在M点和N点的粒子运动速度v1、v2的大小。
(2)在区域Ⅰ和Ⅱ中磁感应强度B1、B2的大小和方向。
(3)若将区域Ⅱ中的磁场撤去,换成平行于x轴的匀强电场,仍从A点沿x轴正方向射入区域Ⅰ的粒子恰好也打在荧光屏上的N点,则电场的场强为多大?
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