如图所示,竖直平面坐标系xOy的第一象限有垂直xOy面向外的水平匀强磁场和竖直向上的匀强电场,大小分别为B和E;第四象限有垂直xOy面向里的水平匀强电场,大小也为E;第三象限内有一绝缘光滑竖直放置的半径为R的半圆轨道,轨道最高点与坐标原点O相切,最低点与绝缘光滑水平面相切于N,一质量为m的带电小球从y轴上(y>0)的P点沿x轴正方向进入第一象限后做圆周运动,恰好通过坐标原点O,且水平切入半圆轨道并沿轨道内侧运动,过N点水平进入第四象限,并在电场中运动(已知重力加速度为g).
(1)判断小球的带电性质并求出其所带电荷量;
(2)P点距坐标原点O至少多高;
(3)若该小球以满足(2)中OP最小值的位置和对应速度进入第一象限,通过N点开始计时,经时间t=2
小球距坐标原点O的距离s为多远?
(1)判断小球的带电性质并求出其所带电荷量;
(2)P点距坐标原点O至少多高;
(3)若该小球以满足(2)中OP最小值的位置和对应速度进入第一象限,通过N点开始计时,经时间t=2
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更新时间:2016-12-08 13:34:44
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【知识点】 带电粒子在叠加场中的变速圆周运动
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较难
(0.4)
名校
【推荐1】如图所示,AC为表面粗糙的水平轨道,CDF为竖直面内的光滑半圆轨道,两轨道相切于C点,半圆轨道的直径CF竖直,CF左侧,含CF线在内,有垂直纸面向里、磁感应强度
的匀强磁场,CF右侧有水平向右、电场强度
的匀强电场。一个轻质绝缘弹簧水平放置,一端固定在A点,另一端与带负电小球P接触但不连接,水平轨道AC长度大于弹簧原长。现向左压缩弹簧后由静止释放,当小球P运动到C点瞬间对轨道压力变为重力的11倍。已知小球P的质量和电量分别为
,忽略小球P与轨道间电荷转移,小球P可视为质点,重力加速度为
。
(1)若光滑半圆轨道CDF的半径
,求小球P运动到C点时的速度和上升到F点时对轨道的压力?
(2)欲使小球P沿光滑半圆轨道CDF运动时不脱离圆弧轨道,求半径R应满足的条件。
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(1)若光滑半圆轨道CDF的半径
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(2)欲使小球P沿光滑半圆轨道CDF运动时不脱离圆弧轨道,求半径R应满足的条件。
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(0.4)
名校
【推荐2】在半导体芯片加工中常用等离子体对材料进行蚀刻,用于形成半导体芯片上的细微结构。利用电磁场使质量为m、电荷量为e的电子发生回旋共振是获取高浓度等离子体的一种有效方式。其简化原理如下:如图1所示,匀强磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度大小为B;旋转电场的方向绕过O点的垂直纸面的轴顺时针旋转,电场强度的大小为E;旋转电场带动电子加速运动,使其获得较高的能量,利用高能的电子使空间中的中性气体电离,生成等离子体。
(提示:不涉及求解半径的问题,圆周运动向心加速度的大小可表示为
)
(1)若空间只存在匀强磁场,电子只在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,求电子做圆周运动的角速度
。
(2)将电子回旋共振简化为二维运动进行研究。施加旋转电场后,电子在图2所示的平面内运动,电子运动的过程中会受到气体的阻力
,其方向与速度
的方向相反,大小
,式中k为已知常量。最终电子会以与旋转电场相同的角速度做匀速圆周运动,且电子的线速度与旋转电场力的夹角(小于90°)保持不变。只考虑电子受到的匀强磁场的洛伦兹力、旋转电场的电场力及气体的阻力作用,不考虑电磁波引起的能量变化。
a.若电场旋转的角速度为
,求电子最终做匀速圆周运动的线速度大小v;
b.电场旋转的角速度不同,电子最终做匀速圆周运动的线速度大小也不同。求电场旋转的角速度
多大时,电子最终做匀速圆周运动的线速度最大,并求最大线速度的大小
。
c.旋转电场对电子做功的功率存在最大值,为使电场力的功率不小于最大功率的一半,电场旋转的角速度应控制在
范围内,求
的数值。
(提示:不涉及求解半径的问题,圆周运动向心加速度的大小可表示为
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(1)若空间只存在匀强磁场,电子只在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,求电子做圆周运动的角速度
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(2)将电子回旋共振简化为二维运动进行研究。施加旋转电场后,电子在图2所示的平面内运动,电子运动的过程中会受到气体的阻力
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a.若电场旋转的角速度为
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b.电场旋转的角速度不同,电子最终做匀速圆周运动的线速度大小也不同。求电场旋转的角速度
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c.旋转电场对电子做功的功率存在最大值,为使电场力的功率不小于最大功率的一半,电场旋转的角速度应控制在
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