在如图甲所示的装置中,阴极K能够连续不断地发射初速不计的电子,这些电子经P、K间的电场加速后,都能通过P板上的小孔沿垂直于P板的方向进入P板右侧的区域,打到P板右侧L远处且与P平行的荧光屏Q上的O点,由于P、K相距很近,所有电子通过电场所用时间忽略不计。现在P与Q间加垂直纸面向里的匀强磁场,且从某一时刻t=0开始,在P、K间加一周期性变化的电压,电压随时间的变化关系如图乙所示,则从该时刻起,所有从小孔射出的电子恰好能全部打到荧光屏上。已知电子质量为m,带电量为e,粒子在磁场中做圆周运动的周期小于4T0,求:
(1)电子打到荧光屏上的范围;
(2)从t=0时刻开始在电压变化的一个周期内,打到屏上距O点最近的电子与最远的电子的时间
据报载,我国自行设计生产运行速度可达v=150m/s的磁悬浮飞机。假设“飞机”的总质量m=5t,沿水平直轨道以a=1m/s2的加速度从静止做匀加速起动至最大速度,忽略一切阻力的影响,(重力加速度g=10m/s2)求:
(1)“飞机”所需的动力F
(2)“飞机”起动至最大速度所需的时间t
如图所示,两根金属杆AB和CD的长度均为L,电阻均为R,质量分别为3m和m(质量均匀分布),用两根等长的、质量和电阻均不计的、不可伸长的柔软导线将它们连成闭合回路,悬跨在绝缘的、光滑的水平圆棒两侧,AB和CD处于水平。在金属杆AB的下方MN以下区域有水平匀强磁场,磁感强度的大小为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、CD始终水平),在AB即将进入磁场的上边界时,其加速度为零,此时金属杆CD还处于磁场中,在此过程中金属杆AB上产生的焦耳热为Q,重力加速度为g,试求:
(1)金属杆AB即将进入磁场上边界时的速度v1。
(2)在此过程中金属杆CD移动的距离h和通过导线截面的电量q。
(3)金属杆AB在磁场中运动时可能达到的最小速度v2。
如图所示,坐标系xOy在竖直平面内,水平轨道AB和斜面BC均光滑且绝缘,AB和BC的长度均为L,斜面BC与水平地面间的夹角θ=60°,有一质量为m、电量为+q的带电小球(可看成质点)被放在A点。已知在第一象限分布着互相垂直的匀强电场和匀强磁场,电场方向竖直向上,场强大小,磁场垂直纸面向外,磁感应强度大小为B;在第二象限分布着沿x轴正向的匀强电场,场强大小未知。现将放在A点的带电小球由静止释放,恰能到达C点,问
(1)分析说明小球在第一象限做什么运动;
(2)小球运动到B点的速度;
(3)第二象限内匀强电场的场强;
如图,正方形单匝均匀线框abcd,边长L=0.4m,每边电阻相等,总电阻R=0.5Ω。一根足够长的绝缘轻质细线跨过两个轻质光滑定滑轮,一端连接正方形线框,另一端连接绝缘物体P,物体P放在一个光滑的足够长的固定斜面上,斜面倾角θ=30°,斜面上方的细线与斜面平行。在正方形线框正下方有一有界的匀强磁场,上边界I和下边界II都水平, 两边界之间距离也是L=0.4m。磁场方向水平,垂直纸面向里,磁感应强度大小B=5T。现让正方形线框的cd边距上边界I的正上方高度h=0.9m的位置由静止释放,且线框在运动过程中始终与磁场垂直,cd边始终保持水平,物体P始终在斜面上运动,线框刚好能以v=3m/S的速度进入匀强磁场并匀速通过匀强磁场区域。释放前细线绷紧,重力加速度g=10m/s2,不计空气阻力。
求:(1)线框的cd边在匀强磁场中运动的过程中,c、d间的电压是多大?
(2)线框的质量m1和物体P的质量m2分别是多大?
(3)在cd边刚进入磁场时,给线框施加一个竖直向下的拉力F使线框以进入磁场前的加速度匀加速通过磁场区域,在此过程中,力F做功W=0.23J,求正方形线框cd边产生的焦耳热是多少?
下图是交流发电机模型示意图。在磁感应强度为B的匀强磁场中,矩形线圈abcd可绕线圈平面内垂直于磁感线的OO’轴转动,线圈在转动中保持和外电路电阻R形成闭合电路。已知ab长度为L1,bc长度为L2,线圈电阻为r,线圈以恒定角速度ω逆时针转动。(只考虑单匝线圈,不计其他电阻)
求:(1)线圈转动过程中产生的最大感应电动势Em;
(2)若线圈经过图示位置时开始计时,写出交变电流的瞬时值表达式;
(3)线圈从图示位置转过90°的过程中电阻R上通过的电荷量;