寒假作业(1)参考答案.doc

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1、1寒假作业(1)参考答案1.(1)因为+ 是以中点 O 对称,所以 1baqA、,0abU滑块由 ab,根据动能定理: 221Emgqab 2mglE02(2)对小滑块由 ob 的过程,根据动能定理: 204nLgqUob2qEnqLgUOb 2)1(400(3) 2ba)(0小滑块从 a 点开始,最终停在 O 点,根据动能原理 2oqU0EmgsS 2(21)4anl2.(1)如图答 1 所示,经电压 加速后以速度 射入磁场,粒子刚好垂直 PQ 射出磁场,2U2v可确定粒子在磁场中做匀速圆周运动的圆心在 PQ 边界线的 O 点,半径 与磁场宽 L 的关系式2R为 (2 分) ,2cosLR又

2、 (2 分) ,解得 (2 分)2mvBq2cosBqLvm加匀强电场后,粒子在磁场中沿直线运动射出 PQ 边界的条件为 EqBq (2 分) ,电场力的v方向与磁场力的方向相反。 (2 分)由此可得出 ,E 的方向垂直磁场方向斜向右下(2 分) ,与磁场边界夹角为2cosBqLm2(2 分) ,如图答 2 所示。(2)经电 压 加1U速后粒子射入磁场后刚好不能从 PQ 边界射出磁场,表明在磁场中做匀速圆周运动的轨迹与 PQ边界相切,要确定粒子做匀速圆周运动的圆心 O 的位置,如图答 3 所示,圆半径 与 L 的关系1R式为: (2 分)11cos,cosLLR又 ,解得 (2 分)1mvBq

3、1()Bq由于 , ,所以 (2 分)211U212cos()Uv3.解:(1)根据粒子在电场中的偏转方向,可知粒子带正电,再根据左手定则判断,磁场方向垂直于纸面向外。 (4 分)(2)设带电粒子的电量为 q,质量为 m,盒子的边长为 l,粒子在电场中沿 ad 方向的位移为l,沿 ab 方向的位移为 ,得2,01Eqlv解得匀强电场的场强为 (5 分)28ml带电粒子在磁场中作匀速圆周运动,轨道半径为 R,根据牛顿第二定律得解得 2vqBR0vBq3根据如图的几何关系 2llR解得轨道半径为 58l解得磁场的磁感应强度 (9 分)0mvBql因此解得 (2 分)05E4. (8 分) (1)因

4、小球恰能到 B 点,则在 B 点有(1 分)2dmvg(1 分)/sB小球运动到 B 的过程,由动能定理(1 分)21BmvgdqEL(1 分)1452qEgdB(2)小球离开 B 点,电场消失,小球做平抛运动,设落地点距 A 点距离为 x,落地点与起点的距离为 s,由动能定理小球从静止运动到 B 有21BvmgdLqE(2 分)/s6vB21gtd4.0gdtm4.tvxB(2 分)20ls45.解:(1)质点从 P 到 P ,由平抛运动规律12h= gtv vth0gty求出 v= 22方向与 x 轴负方向成 45角(2)质点从 P 到 P ,重力与电场力平衡,洛仑兹力提供向心力23Eq=

5、mgBqv=m Rv2(2R) =(2h) +(2h)22解得 hgqmBgE(3)质点进入第四象限,水平方向做匀速直线运动,竖直方向做匀减速直线运动。当竖直方向的速度减小到 0。此时质点速度最小,即 v 在水平方向的分量方向沿 x 轴正方向。ghv245cosmin6. gdaC 22CTQdmdgg解:(1)用 Q 表示极板电荷量的大小, q 表示碰后小球电荷量的大小。要使小球能不停地往返运动,小球所受的向上的电场力至少应大于重力,即 d其中 q又有 C由式得 mgd(2)当小球带正电时,小球所受电场力与重力方向相同,向下做加速运动。以 a1 表示其加速度,t1 表示从 A 板到 B 板所

6、用的时间,则有51magdq2t当小球带负电时,小球所受电场力与重力方向相反,向上做加速运动。以 a2 表示其加速度,t 2表示从 B 板到 A 板所用的时间,则有2magdq1t小球往返一次共用的时间为(t 1+t2) ,故小球在 T 时间内往返的次数21tTn由以上有关各式得mgdCgdm22小球往返一次通过电源的电量为,在 T 时间内通过电源的总电量 Q=2qn 由式可得mgdCgdmQ22 7. 解:(1)带电微粒在电场中做类平抛运动时间 t,加速度 ,a设出电场时竖直方向的速度为 (1),yUqv(2) (3)tvL0ty或 (1) (2)21/03smdUqa svLt601由(1

7、) (2)得 (3)satvy/5由(1) (2) (3)得 (4)smvy/102520与水平方向夹角 ,即垂03,tany直与 AB 出射。 (5)6yx0ABEy/x/01020/vt C(2)带电粒子出电场时竖直方向偏转的位移 ,有y21at代入(1) (2)得, ,好粒子由 P1 点垂直 AB 射入磁场。 (6)2603dmy带电粒子在磁场中运动轨迹如图所示。 设匀速圆周运动 P1Q1 段半径 R1,根据几何关系有(7)21130cosdR由 (8)12vqB得 (9)TRm31带电粒子在 B2 磁场中以 O2 为圆心做匀速圆周运动,即 Q1Q2 段,其半径 4/12R再次进入 B1

8、 区域时做以 O3 为圆心,半径仍为 R1 的匀速圆周运动,即 Q2P2 段,最后从 P2 点出磁场区域,如图所示。 (10)在三角形 P2CO3 中,根据数学知识,有(11)217.6840CRmc说明:(1)(11)每式 2 分,共 22 分。8.解:(1)磁场中带电粒子在洛仑兹力作用下做圆周运动,故有,(1 分) (1 分)20vqBmr0rTvqB粒子运动轨迹如图所示,由几何知识知,(2 分)00(2)(cos45)C mxrq故,C 点坐标为 0(,)vB(1 分)7(2)设粒子从 A 到 C 的时间为 t1,由题意知: (1 分)1584mtTqB设粒子从进入电场到返回 C 的时间

9、为 t2,其在电场中做匀变速运动,有(2 分) 20()Eqtvm联立解得 qEvt02(1 分) 设粒子再次进入磁场后在磁场中运动的时间为 t3,由题意知qBTt2413(1 分)故而,设粒子从 A 点到第三次穿越 x 轴的时间为qEmvtt 032147(1 分)(3)粒子从第三次过 x 轴到第四次过 x 轴的过程是在电场中做类似平抛的运动,即沿着 v0 的方向(设为 x轴)做匀速运动,即 tv0 (1 分)沿着 E 的方向(设为 y轴)做初速为 0 的匀变速运动,即21tmqy, tmqEvy(2 分)设离子第四次穿越 x 轴时速度的大小为 v,速度方向与电场方向的夹角为 .由图中几何关

10、系知 045tany20yvyv0tan解得 0v 21rct(4 分)8寒假作业(2)参考答案1.(8 分) (1)粒子匀速运动,所受电场力与洛伦兹力等大反向,则金属棒 B 端应为高电势,即金属棒应朝左运动(1 分)设 AB 棒的速度为 v,产生的电动势(1 分)Bd板间场强(1 分)vE粒子所受电场力与洛伦兹力平衡(1 分)0Bq有 (1 分)v(2)金属棒停止运动,带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,当位移为 时,粒子RBqmv0转过的角度为 (1 分)3设粒子运动时间为 ,有t(1 分)2Tt(1 分)Bqmt3612.(19 分 x)解答:(1)R 1 (4 分)2R9 83F BIL

11、0.12 N (4 分)由 mg - F ma (2 分)a g - 8.8(m / s 2) (2 分)Fm(2)mgr - Q mv22 0 12 (5 分) 9Q mgr - mv22 0.44 J (2 分)123 (12 分)解:(1)棒匀速向左运动,感应电流为顺时针方向,电容器上板带正电。微粒受力平衡,电场力方向向上,场强方向向下微粒带负电 (1 分)mg = (1 分)qdUcUc=IR (1 分)(1 分)REI3E = Blv0 (1 分)由以上各式求出 (1 分)03Blvmgdq(2)经时间 t0,微粒受力平衡 mg = (1 分)qUc(1 分)031latc求出 或

12、(1 分)Blqmgdt0v当 t t0 时,a 3 = g,越来越大,加速度方向向上 (1 分)tml解得 E= B=qhq24解.(1)只有当 CD 板间的电场力方向向上即 AB 棒向右运动时,粒子才可能从 O 运动到 O,而粒子要飞出磁场边界 MN 最小速度 v0 必须满足: 设 CD 间的电压为 U,则 解得 U=25V,又 U=B1Lv 解得 v=5m/s.20qBmvd2q10所以根据(乙)图可以推断在 0.25st1.75s 内,粒子能穿过 CD 间的电场。(2)当 AB 棒速度最大,即 v=20m/s 时产生感应电动势为: =B1Lv=100V此时带电粒子经加速后速度为 v,由

13、动能定理有: 解得:v=100m/s 此时带电粒子的轨道半径为 出射点与 O的水平距离为:粒子从边界 MN 射出来的位置间最大距离为 S=d-x=7.3cm5. 逆时针方向,大小方向都不变。 感生电动势为 ,RtLBI02 RtLBQ204021tLBE动生电动势为 。当 时,回路感应电流为零;当gHE02 gtL0时,回路感应电流为逆时针方向,大小 ;当gtL0 tRgHLBI20时,回路感应电流为顺时针方向,大小 。 t20 tI06 (1)0 到 t 时间内,导体棒的位移 x tt 时刻,导体棒的长度 l x导体棒的电动势 EBl v 0回路总电阻 R(2x x)r2电流强度 0BvEIR(电流方向 ba(2) FBlI 20BvtEIRr(3)解法一t 时刻导体的电功率 P I 2R230BvtEr(Pt Q t320(tI(7.解:(1)设磁感应强度为 B,线框总电阻为 R,当线框刚进入 上边磁场时2mqmq.0 .70.2cmdx

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