如图甲所示,相隔一定距离的竖直边界两侧为相同的匀强磁场区,磁场方向垂直纸面向里,在边界上固定两长为L的平行金属极板MN和PQ,两极板中心各有一小孔S1、S2,两极板间电压的变化规律如图乙所示,正反向电压的大小均为U0,周期为T0.在t=0时刻将一个质量为m、电荷量为-q(q>0)的粒子由S1静止释放,粒子在电场力的作用下向右运动,在t=时刻通过S2垂直于边界进入右侧磁场区.(不计粒子重力,不考虑极板外的电场)
(1)求粒子到达S2时的速度大小v和极板间距d.
(2)为使粒子不与极板相撞,求磁感应强度的大小应满足的条件.
(3)若已保证了粒子未与极板相撞,为使粒子在t=3T0时刻再次到达S2,且速度恰好为零,求该过程中粒子在磁场内运动的时间和磁感应强度的大小.
如图所示,匀强磁场的磁感应强度B=0.5T,匝数为n=50的矩性线圈,绕转轴OO'垂直于匀强磁场匀速转动,每匝线圈长为L=25cm,宽为d=20cm,线圈每分钟转动1500转,在匀速转动过程中,从线圈平面经过图示位置时开始计时,求:
(1)写出交流感应电动势e的瞬时值表达式;
(2)若每匝线圈本身电阻r=0.02Ω,外接一只阻值为13Ω的用电器,使线圈和外电路构成闭合电路,写出交流感应电流I的瞬时值表达式;
(3)该交变电动势的有效值是多大,电流的有效值是多大,一周期内发热多少?
如图所示的螺线管的匝数n=1500,横截面积S=20cm2,电阻r=1.5Ω,与螺线管串联的外电阻R1=10Ω,R2=3.5Ω。若穿过螺线管的磁场的磁感应强度按图(b)所示的规律变化
求(1)螺线管两端M、N间的电压。
(2)R1上消耗的电功率。
为了使粒子经过一系列的运动后,又以原来的速率沿相反方向回到原位,可设计如下的一个电磁场区域(如图所示):水平线QC以下是水平向左的匀强电场,区域Ⅰ(梯形PQCD)内有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B;区域Ⅱ(三角形APD)内的磁场方向与Ⅰ内相同,但是大小可以不同,区域Ⅲ(虚线PD之上、三角形APD以外)的磁场与Ⅱ内大小相等、方向相反。已知等边三角形AQC的边长为2l,P、D分别为AQ、AC的中点。带正电的粒子从Q点正下方、距离Q点为l的O点以某一速度射出,在电场力作用下从QC边中点N以速度v0垂直QC射入区域Ⅰ,再从P点垂直AQ射入区域Ⅲ,又经历一系列运动后返回O点。(粒子重力忽略不计)求:
(1)该粒子的比荷;
(2)求在磁场III区中圆周运动半径的可能值;
(3)粒子从O点出发再回到O点的整个运动过程所需时间。
如图所示,A是置于光滑水平面上的表面绝缘、质量m1="1" kg的小车,小车的左端放置有一个可视为质点的、质量m2=2 kg、电荷量q=+1×10-4 C的小物块B,距小车右端s=2 m处有一竖直的墙壁。小车所在空间有一个可以通过开关控制其有、无的水平向右的匀强电场,电场强度的大小为E=3×104N/C。若小车A和小物块B一起由静止开始运动,且在小车与墙壁碰撞的瞬间撤去电场;碰撞时间忽略不计,碰撞过程无机械能的损失;小物块B始终未到达小车A的右端,它们之间的动摩擦因数=0.2,最大静摩擦力等于滑动摩擦力。小车不带电,g取10 m/s2。求:
(1)小车A第一次与墙壁相碰后向左运动的最远距离为多少?
(2)小车A第二次与墙壁相碰时的速度为多少?
(3)要使小物块B最终不滑离小车A,小车的长度至少多长?
梭梭板(滑板)是儿童喜欢的游乐项目,如图所示,滑板的竖直高度AB为3m,斜面长AC为5m,斜面与水平部分由一小段圆弧平滑的连接。一个质量m为20kg的小孩从滑板顶端由静止开始滑下,最后滑到水平部分上的E点静止。已知小孩与滑板之间的动摩擦因素μ为0.5,不计空气阻力,g取10m/s2,求:
(1)小孩滑到滑板底端C时的速度多大;
(2)小孩从A点开始滑到E点的时间。