某同学设想用带电粒子的运动轨迹做出“0”、“8”字样,首先,如图甲所示,在真空空间的竖直平面内建立xoy坐标系,在y1=0.1m和y2= -0.1m处有两个与x轴平行的水平界面PQ和MN把空间分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区域,在三个区域中分别存在匀强磁场B1、B2、B3,其大小满足B2=2B1=2B3=0.02T,方向如图甲所示。在Ⅱ区域中的y轴左右两侧还分别存在匀强电场E1、E2(图中未画出),忽略所有电、磁场的边缘效应. ABCD是以坐标原点O为中心对称的正方形,其边长L=0.2m。现在界面PQ上的A处沿y轴正方向发射一比荷q/m=108c/kg的带正电荷的粒子(重力不计),粒子恰能沿图中实线途经B、C、D三点后回到A点并做周期性运动,轨迹构成一个“0”字.己知粒子每次穿越Ⅱ区域时均做直线运动.
(1)求E1、E2场的大小和方向
(2)若去掉Ⅱ和Ⅲ区域中的匀强电场和磁场,其他条件不变,仍在处以相同的速度发射相同的粒子,请在Ⅱ和Ⅲ区域内重新设计适当的匀强电场或匀强磁场,使粒子运动的轨迹成为上、下对称的“8”字,且粒子运动的周期跟甲图中相同,请通过必要的计算和分析,求出你所设计的“场”的大小、方向和区域,并在乙图中描绘出带电粒子的运动轨迹和你所设计的“场”(上面半圆轨迹己在图中画出)
如图所示,在竖直平面内建立xOy直角坐标系,Oy表示竖直向上的方向。已知该平面内存在沿x轴负方向的区域足够大的匀强电场,现有一个带电量为2.5×10-4C,质量为0.05kg的小球从坐标原点O沿y轴正方向竖直向上抛出,它到达的最高点位置为图中的Q点,不计空气阻力,g取10m/s2.
(1)指出小球带何种电荷;
(2)求匀强电场的电场强度大小;
(3)求小球从O点抛出到落回x轴的过程中电势能的改变量.
如右图所示,在场强E=104 N/C的水平匀强电场中,有一根长=15 cm的细线,一端固定在O点,另一端系一个质量m=3 g、电荷量q=2×10-6 C的带正电小球,当细线处于水平位置时,小球从静止开始释放,g取10 m/s2.求:
(1)小球到达最低点B的过程中重力势能、电势能分别变化了多少?
(2)若取A点电势为零,小球在B点的电势能、电势分别为多大?
(3)小球到B点时速度为多大?绳子张力为多大?
质量均为m的三个带电小球A、B、C放置在光滑绝缘的水平面上,相邻球间的距离均为L,A球带电量qA=+10q;B球带电量qB=+q.若在C球上加一个水平向右的恒力F,如图所示,要使三球能始终保持L的间距向右运动,则:
(1)C球带电性质是什么?
(2)外力F为多大?
如图所示,一平行板电容器接在U=12 V的直流电源上,电容C=3.0×10-10F,两极板间距离d=1.20×10-3m,取g=10 m/s2,求:
(1)该电容器所带电量
(2)若板间有一带电微粒,其质量为m=2.0×10-3 kg,恰在板间处于静止状态,则该微粒带电量为多少?带何种电荷?
如图所示,两金属杆AB和CD长均为L,电阻均为R,质量分别为3m和m。用两根质量和电阻均可忽略的不可伸长的柔软导线将它们连成闭合回路,并悬挂在水平、光滑、不导电的圆棒两侧。在金属杆AB下方有高度为H的匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向与回路平面垂直,此时,CD处于磁场中。现从静止开始释放金属杆AB,经过一段时间,AB即将进入磁场的上边界时,其加速度为零,此时金属杆CD尚未离开磁场,这一过程中杆AB产生的焦耳热为Q。则
(1)AB棒刚达到磁场边界时的速度v1多大?
(2)此过程中金属杆CD移动的距离h和通过导线截面的电量q分别是多少?
(3)通过计算说明金属杆AB在磁场中可能具有的速度大小v2在什么范围内;
(4)试分析金属杆AB在穿过整个磁场区域过程中可能出现的运动情况(加速度与速度的变化情况)。