如图所示,在平面直角坐标系xOy平面内存在着方向相反的两个匀强磁场区域,其中圆心在坐标原点、半径为R的圆形区域Ⅰ内磁场方向垂直于xOy平面向里,第一象限和第四象限的圆形区域外(区域Ⅱ)的磁场方向垂直于xOy平面向外,MN为与x轴垂直且与y轴相距2.5R的一条直线,现有一质量为m、电荷量为+q的带电粒子,经过加速电压为U的加速电场加速后,从坐标为(-R,0)的A点沿x轴正方向射入区域Ⅰ,并从横坐标为0.5R处的P点进入区域Ⅱ.已知粒子第一次经过直线MN和第二次经过直线MN时的速度方向恰好相反,不计粒子重力,求:
(1)粒子进入圆形区域Ⅰ时的运动速度v的大小;
(2)区域Ⅰ和Ⅱ中磁感应强度B1、B2的大小;
(3)粒子从A点开始到第二次经过直线MN的过程中运动的总时间t.
如图所示装置由AB、BC、CD三段轨道组成,轨道交接处均由很小的圆弧平滑连接,其中轨道AB、CD段是光滑的,水平轨道BC的长度,轨道CD足够长且倾角
,A、D两点离轨道BC的高度分别为
。现让质量为m的小滑块自A点由静止释放。已知小滑块与轨道BC间的动摩擦因数为μ=0.5,重力加速度g取10m/s2,
,求:
(1)小滑块第一次到达D点时的速度大小;
(2)小滑块第一次与第二次通过C点的时间间隔;
(3)小滑块最终停止的位置距B点的距离。
如图所示,虚线上方有方向竖直向下的匀强电场,虚线上下有相同的匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直纸面向外,ab是一根长为的绝缘细杆,沿电场线放置在虚线上方,b端恰在虚线上,将一套在杆上的带电量为q、质量为m的小环(小环重力忽略不计),从a端由静止释放后,小环先作加速运动,后作匀速运动到达b端,已知小环与绝缘杆间的动摩擦系数为μ,当小环脱离杆进入虚线下方后,运动轨迹是半圆,圆的半径是
,求:
(1)小环到达b点的速度;
(2)匀强电场的场强E。
汽车发动机的额定功率为 90kW,汽车质量为3×103kg,当它沿坡度为0.04(即sinθ=0.04)的长直公路向上行驶时,所受摩擦阻力为车重的0.08倍,若汽车从静止开始以0.3m/s2的加速度沿坡路向上做匀加速直线运动,则此过程能维持多长时间?(g取10m/s2)
如图所示,足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ竖直放置,磁感应强度B=0.50T匀强磁场垂直穿过导轨平面,导轨的上端M与P间连接阻值为R=0.50Ω的电阻,导轨宽度L=0.40m。金属棒ab紧贴在导轨上,现使金属棒ab由静止开始下滑,通过传感器记录金属棒ab下滑的距离h与时间t的关系如下表所示。(金属棒ab和导轨电阻不计,g=10m/s2)
时间t/s |
0 |
0.20 |
0.40 |
0.60 |
0.80 |
1.00 |
1.20 |
1.40 |
1.60 |
1.80 |
下滑距离h/m |
0 |
0.18 |
0.60 |
1.20 |
1.95 |
2.80 |
3.80 |
4.80 |
5.80 |
6.80 |
求:(1)在前0. 4s的时间内,金属棒ab中的平均电动势;
(2)金属棒的质量m;
(3)在前1.60s的时间内,电阻R上产生的热量QR。
用磁场可以约束带电离子的轨迹,如图所示,宽d=2cm的有界匀强磁场的横向范围足够大,磁感应强度方向垂直纸面向里,B=1T。现有一束带正电的粒子从O点以v=2×106 m/s的速度沿纸面垂直边界进入磁场。粒子的电荷量q=1.6×10-19C,质量m=3.2×10-27kg。求:
(1)粒子在磁场中运动的轨道半径r和运动时间t是多大?
(2)粒子保持原有速度,又不从磁场上边界射出,则磁感应强度最小为多大?