(18分)如图所示,匀强电场区域和匀强磁场区域是紧邻的且宽度相等均为,电场左边界与y轴重合,电场方向在纸平面内竖直向下,而磁场方向垂直纸面向里,一带正电粒子从坐标原点O点以速度
沿垂直电场方向射入电场,在电场中的偏转位移为
,从B(图中未画出)点由电场射入磁场,当粒子从C点穿出磁场时速度方向与进入电场O点时的速度方向一致,(带电粒子重力不计)求:
(1)电场强度E和磁感应强度B的比值E/B;
(2)粒子在电、磁场中运动的总时间及C点坐标;
如图所示,在一平面直角坐标系所确定的平面内存在着两个匀强磁场区域,以一、三象限角平分线为界,分界线为MN.MN上方区域存在匀强磁场B1,垂直纸面向里,下方区城存在匀强磁场B2,也垂直纸面向里,且有B2 =2B1=0.2T,x正半轴与ON之间的区域没有磁场。在边界线MN上有坐标为(2、2)的一粒子发射源S,不断向Y轴负方向发射各种速率的带电粒子.所有粒子带电量均为-q,质量均为m(重力不计),其荷质比为c/kg。试问:
(1)若S发射了两颗粒子,它们的速度分别为m/s和
m/s,结果,经过一段时间,两颗粒子先后经过分界线ON上的点P(P未画出),求SP的距离。
(2)若S发射了一速度为m/s的带电粒子,经过一段时间,其第一次经过分界线MO上的点Q(Q未画出),求Q点的坐标。
(3)若S发射了一速度为m/s的带电粒子,求其从发出到第三次经过x轴所花费的时间。
如图所示,可视为质点的三物块A、B、C放在倾角为300、长L=2m的固定光滑斜面上,A与B紧靠在一起放在斜面的顶端,C紧靠挡板固定。mA=1.0kg,mB=0.2kg,其中A不带电,B、C的带电量分别为qB=+4.0×10-5C、qC=+2.0×10-5C且保持不变,某时刻静止释放AB,两物体沿斜面向下滑动,且最多能滑到距离C点0.6m的D点(图中未画出).已知静电力常量k=9.0×109N·m2/C2,g=10m/s2。
(1)在AB下滑过程中,当下滑距离为多少时,B物体速度达到最大?
(2)当AB下滑至斜面中点时,求A对B的压力?
(3)若将一质量为1.8kg的不带电的小物块M替换物块A,仍然从斜面顶端静止释放,求它们下滑至D点时B物体的速度大小。
如图所示,水平面上固定一轨道,轨道所在平面与水平面垂直,其中bcd是一段以O为圆心、半径为R的圆弧,c为最高点,弯曲段abcde光滑,水平段ef粗糙,两部分平滑连接,a、O与ef在同一水平面上。可视为质点的物块静止于a点,某时刻给物块一个水平向右的初速度,物块沿轨道经过c点时,受到的支持力大小等于其重力的倍,之后继续沿轨道滑行,最后物块停在轨道的水平部分ef上的某处。已知物块与水平轨道ef的动摩擦因数为μ,重力加速度为g。求:
(1)物块经过c点时速度v的大小;
(2)物块在a点出发时速度v0的大小;
(3)物块在水平部分ef上滑行的距离x。
如图所示的平行板器件中,存在相互垂直的匀强磁场和匀强电场,磁场的磁感应强度B1 =" 0.40" T,方向垂直纸面向里,电场强度E = 2.0×105 V/m,PQ为板间中线.紧靠平行板右侧边缘xOy坐标系的第一象限内,有垂直纸面的矩形匀强磁场区域,磁感应强度B2 =" 0.25" T。一束带电量q = 8.0×10-19 C,质量m = 8.0×10-26 kg的正离子从P点射入平行板间,不计重力,沿中线PQ做直线运动,穿出平行板后从y轴上坐标为(0,0.2m)的Q点垂直y轴射向矩形磁场区,离子通过x轴时的速度方向与x轴正方向夹角为60°。则:
(1)离子运动的速度为多大?
(2)试讨论矩形区域内的匀强磁场方向垂直纸面向里和垂直纸面向外两种情况下,矩形磁场区域的最面积分别为多少?并求出其在磁场中运动的时间。
节水喷灌系统已经在我国很多地区使用。某节水喷灌系统如图所示,喷口距离地面的高度,能沿水平方向旋转,水可沿水平方向喷出,喷水的最大速率
,每秒喷出水的质量
。所用的水是从井下抽取的,井中水面离地面的高度
,并一直保持不变。水泵由电动机带动,电动机电枢线圈电阻
。电动机正常工作时,电动机的输入电压
,输入电流
。不计电动机的摩擦损耗,电动机的输出功率等于水泵所需要的最大输入功率。水泵的输出功率与输入功率之比称为水泵的抽水效率。
(计算时可取3,球体表面积公式
)
(1)求这个喷灌系统所能喷灌的最大面积;
(2)假设系统总是以最大喷水速度工作,求水泵的抽水效率;
(3)假设系统总是以最大喷水速度工作,在某地区需要用蓄电池将太阳能电池产生的电能存储起来供该系统使用,根据以下数据求所需太阳能电池板的最小面积。
已知:太阳光传播到达地面的过程中大约有%的能量损耗,太阳辐射的总功率
,太阳到地球的距离
,太阳能电池的能量转化效率约为
%,蓄电池释放电能的效率约为
%。