0  253414  253422  253428  253432  253438  253440  253444  253450  253452  253458  253464  253468  253470  253474  253480  253482  253488  253492  253494  253498  253500  253504  253506  253508  253509  253510  253512  253513  253514  253516  253518  253522  253524  253528  253530  253534  253540  253542  253548  253552  253554  253558  253564  253570  253572  253578  253582  253584  253590  253594  253600  253608  447090 

3.如图所示,竖直固定的光滑绝缘的直圆筒底部放置一场源A,

其电荷量Q = +4×10-3 C,场源电荷A形成的电场中各点的

电势表达式为,其中k为静电力恒量,r为空间某点

到A的距离.有一个质量为m = 0.1 kg的带正电小球B,B球与

A球间的距离为a = 0.4 m,此时小球B处于平衡状态,且小球B在

场源A形成的电场中具有的电势能表达式为,其中r为q

与Q之间的距离。有一质量也为m的不带电绝缘小球C从距离B的

上方H = 0.8 m处自由下落,落在小球B上立刻也小球B粘在一起向下运动,它们到达最低点后又向上运动,它们向上运动到达的最高点P。(取g = 10 m/s2,k = 9×109 N·m2/C2),求:

(1)小球C与小球B碰撞后的速度为多少?

(2)小球B的带电量q为多少?

(3)P点与小球A之间的距离为多大?

(4)当小球B和C一起向下运动与场源A距离多远时,其速度最大?速度的最大值为多少?

解析:(1)小球C自由下落H距离的速度v0 = = 4 m/s

小球C与小球B发生碰撞,由动量守恒定律得:mv0 = 2mv1,所以v1 = 2 m/s

(2)小球B在碰撞前处于平衡状态,对B球进行受力分析知:

   代入数据得:C

(3)C和B向下运动到最低点后又向上运动到P点,运动过程中系统能量守恒,设P与A之间的距离为x,由能量守恒得:

代入数据得:x = (0.4+) m(或x = 0.683 m)

(4)当C和B向下运动的速度最大时,与A之间的距离为y,对C和B整体进行受力分析有:,代入数据有:y = m(或y = 0.283 m)

由能量守恒得:

代入数据得:(或vm = 2.16 m/s)

点评:此题是动量守恒和能量守恒与电学知识的综合。

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2.如图所示的装置是在竖直平面内放置光滑的绝缘轨道,处于水平向右的匀强电场中,以带负电荷的小球从高h的A处静止开始下滑,沿轨道ABC运动后进入圆环内作圆周运动。已知小球所受到电场力是其重力的3/4,圆环半径为R,斜面倾角为θ=53°,sBC=2R。若使小球在圆环内能作完整的圆周运动,h至少为多少?

解析:小球所受的重力和电场力都为恒力,故可两力等效为一个力F,如图可知F=1.25mg,方向与竖直方向左偏下37º,从图中可知,能否作完整的圆周运动的临界点是能否通过D点,若恰好能通过D点,即达到D点时球与环的弹力恰好为零。

由圆周运动知识得:   即:

由动能定理有:

联立可求出此时的高度h=10R

点评:用极限法通过分析两个极端(临界)状态,来确定变化范围,是求解“范围类”问题的基本思路和方法。当F=F时,物体做圆周运动;当F>F时物体做向心运动;当F<F时物体做离心运动,这是分析临界问题的关键。

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1.如图所示,在某水平方向的电场线AB上(电场线方向未标明),将一受到水平向右恒定拉力的带电粒子(不计重力)在A点由静止释放,带电粒子沿AB方向开始运动,经过B点时的速度恰好为零,则下列结论正确的有[    ]

A.粒子在A、B两点间移动时,恒力做功的数值大于粒子在AB两点间电势能差的绝对值

B.可能A点的电势高于B点的电势,也可能A点的电势低于B点的电势

C.A处的场强可能大于B处的场强

D.粒子的运动不可能是匀速运动,也不可能是匀加速运动

解析:根据动能定理,恒力做的正功跟电场力做的负功,数值相等,即恒力做功跟电势能之差的绝对值应相等,A错误;带电粒子从A点由静止开始向B运动,经过B点时速度为零,这表明带电粒子在恒力和电场力作用下先做加速运动后做减速运动,因此粒子的运动不可能是匀速运动。同时表明电场力的方向向左。粒子先做加速运动,说明水平向右的恒力大于水平向左的电场力,后做减速运动,表明后来水平向左的电场力大于水平向右的恒力,因此粒子不可能做匀加速运动,D选项正确;粒子在B处受到的电场力比A处大,因此B处的场强大于A处的场强,C选项错误;如粒子带正电,电场线方向应由B指向A、B点电势高于A点电势;如粒子带负电,电场线方向应由A指向B,A点电势高于B点电势。因此,A、B两点电势的高低无法判断。答案:BD

点评:此题是动力学观点与电场性质、能量观点等知识点的综合应用判断题目。

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7.实际应用模型有:显像管、回旋加速器、速度选择器、正负电子对撞机、质谱仪、电磁流量计、磁流体发电机、霍尔效应等等。

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6.带电粒子在复合场中运动的基本分析

复合场是指电场、磁场、重力场并存,或其中某两种场并存的场。带电粒子在这些复合场中运动时,必须同时考虑电场力、洛伦兹力和重力的作用或其中某两种力的作用,因此对粒子的运动形式的分析就显得极为重要。所以问题本质还是物体的动力学问题。

分析此类问题的一般方法为:首先从粒子的开始运动状态受力分析着手,由合力和初速度判断粒子的运动轨迹和运动性质,注意速度和洛伦兹力相互影响这一特点,将整个运动过程和各个阶段都分析清楚,然后再结合题设条件,边界条件等,选取粒子的运动过程,选用有关动力学理论公式求解。?

(1)粒子所受的合力和初速度决定粒子的运动轨迹及运动性质:

当带电粒子在复合场中所受的合外力为0时,粒子将做匀速直线运动或静止。

当带电粒子所受的合外力与运动方向在同一条直线上时,粒子将做变速直线运动。

当带电粒子所受的合外力充当向心力时,粒子将做匀速圆周运动,且恒力的合力一定为零。

当带电粒子所受的合外力的大小、方向均是不断变化的,则粒子将做变加速运动,这类问题一般只能用能量关系处理。

(2)匀变速直线运动公式、运动的合成和分解、匀速圆周运动的运动学公式;

(3)牛顿运动定律、动量定理和动量守恒定律;

(4)动能定理、能量守恒定律。

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5.不计重力的带电粒子在匀强磁场中做不完整圆周运动的解题思路:

不计重力的带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨迹半径r=mv/Bq;其运动周期T=2pm/Bq(与速度大小无关)

(1)用几何知识确定圆心并求半径:因为F方向指向圆心,根据F一定垂直v,画出粒子运动轨迹中任意两点(大多是射入点和出射点)的F或半径方向,其延长线的交点即为圆心,再用几何知识求其半径与弦长的关系;

(2)确定轨迹所对的圆心角,求运动时间:先利用圆心角与弦切角的关系,或者是四边形内角和等于360°(或2p)计算出圆心角q的大小,再由公式t=qT/3600(或qT/2p)可求出运动时间。

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4.带电粒子在独立匀强场中的运动:

(1)不计重力的带电粒子在匀强电场中的运动可分二种情况:平行进入匀强电场,在电场中做匀加速直线运动和匀减速直线运动;垂直进入匀强电场,在电场中做匀变速曲线运动(类平抛运动);

(2)不计重力的带电粒子在匀强磁场中的运动可分二种情况:平行进入匀强磁场时,做匀速直线运动;垂直进入匀强磁场时,做变加速曲线运动(匀速圆周运动);

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3.电场力和洛伦兹力的比较:

(1)在电场中的电荷,不管其运动与否,均受到电场力的作用;而磁场仅仅对运动着的、且速度与磁场方向不平行的电荷有洛伦兹力的作用;

(2)电场力的大小与电荷的运动的速度无关;而洛伦兹力的大小与电荷运动的速度大小和方向均有关;

(3)电场力的方向与电场的方向或相同、或相反;而洛伦兹力的方向始终既和磁场垂直,又和速度方向垂直;

(4)电场既可以改变电荷运动的速度大小,也可以改变电荷运动的方向,而洛伦兹力只能改变电荷运动的速度方向,不能改变速度大小;

(5)电场力可以对电荷做功,能改变电荷的动能;洛伦兹力不能对电荷做功,不能改变电荷的动能;

(6)匀强电场中在电场力的作用下,运动电荷的偏转轨迹为抛物线;匀强磁场中在洛伦兹力的作用下,垂直于磁场方向运动的电荷的偏转轨迹为圆弧。

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2.重力的分析:

(1)对于微观粒子,如电子、质子、离子等一般不做特殊交待就可以不计其重力,因为其重力一般情况下与电场力或磁场力相比太小,可以忽略;

(2)对于一些实际物体,如带电小球、液滴等不做特殊交待时就应当考虑重力;

(3)在题目中有明确交待是否要考虑重力的,这种情况比较正规,也比较简单。

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1.三种力:

 
大小
方向
决定因素
重力
G=mg=GMm/R2
竖直向下
由场决定,与物体的运动状态(v)无关
电场力
F=qE
与E方向平行
洛伦兹力
f=Bqv
与B、v平面垂直(左手定则)
由场和物体的运动状态(v)共同决定

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