如图(a)所示,左为某同学设想的粒子速度选择装置,由水平转轴及两个薄盘N1、N2构成,两盘面平行且与转轴垂直,相距为L,盘上各开一狭缝,两狭缝夹角θ可调[如图(b)];右为水平放置的长为d的感光板,板的正上方有一匀强磁场,方向垂直纸面向外,磁感应强度为B。带正电的粒子经电压为U的电场加速后沿水平方向射入N1,能通过N2的粒子经O点垂直进入磁场。 O到感光板的距离为0.5d,粒子电荷量为q,质量为m,不计重力。
(1)若两狭缝平行且盘静止[如图(c)],粒子进入磁场后,竖直向下打在感光板中心点M上,求:加速电场的电压U和粒子在磁场中运动的时间t1;
(2)若两狭缝夹角为θ0,N2盘以角速度ω0匀速转动,转动方向如图(b)。 要使粒子穿过N1、N2,加速电压U的可能取值
(3)若两狭缝夹角为θ0,N2盘匀速转动,转动方向如图(b)。要使穿过N1、N2的粒子均打到感光板P1P2连线上,试分析盘转动角速度ω的取值范围(设通过N1的所有粒子在盘旋转一圈的时间内都能到达N2).
图为“嫦娥三号”探测器在月球上着陆最后阶段的示意图。首先在发动机作用下,探测器受到推力在距月面高度为h1处悬停(速度为0,h1远小于月球半径);接着推力改变,探测器开始竖直下降,到达距月面高度为h2处的速度为υ;此后发动机关闭,探测器仅受重力下落到月面。已知探测器总质量为m(不包括燃料),地球和月球的半径比为k1,质量比为k2,地球表面附近的重力加速度为g。求:
(1)月球表面附近的重力加速度大小及探测器刚接触月面时的速度大小;
(2)从开始竖直下降到刚接触月面时,探测器机械能的变化。
在用高级沥青铺设的高速公路上,汽车的最大速度为108 km/h。汽车在这种路面上行驶时,它的轮胎与地面的最大静摩擦力等于车重的0.4倍。(g取10 m/s2)
(1)如果汽车在这种高速路的水平弯道上拐弯,假设弯道的路面是水平的,其弯道的最小半径是多少?
(2)如果高速公路上设计了圆弧拱桥作立交桥,要使汽车能够安全通过圆弧拱桥,这个圆弧拱桥的半径至少是多少?
如图所示,一个质量为m=2 kg的物体受到水平方向的推力F=10 N的作用,在水平地面上移动了距离s=2 m后撤去推力,此物体又滑行了一段距离后停止运动,动摩擦因数为0.1 (g取10 m/s2),求:
(1)推力F对物体做的功;
(2)全过程中摩擦力对物体所做的功。
如图所示,边长为L的正方形导线框abcd,质量为m、电阻为R,垂直纸面向外的匀强磁场区域宽度为H(H>L),磁感应强度为B. 线框竖直上抛,线框ab边向上离开磁场时的速率是进入磁场时速率的一半,线框离开磁场后继续上升一段高度,然后落下并匀速进入磁场.不计空气阻力,整个运动过程中线框不转动.求线框向上
(1)ab边离开磁场时的速率;
(2)通过磁场过程中安培力所做的功;
(3)完全进入磁场过程中所通过横截面的电荷量.
如图所示,圆形区域存在磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向里的匀强磁场,一电荷量为q,质量为m的粒子沿平行于直径AC的方向射入磁场,射入点到直径AC的距离为磁场区域半径的一半,粒子从D点射出磁场时的速率为,不计粒子的重力.求
(1)粒子在磁场中加速度的大小;
(2)粒子在磁场中运动的时间;
(3)圆形区域中匀强磁场的半径.