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力电综合问题

 新用户65120Joi 2023-04-14 发布于山西
如图所示,在竖直平面内存在直角坐标系xOy,第二象限有沿y轴正方向的匀强电场,电场强度为E1,第一象限有水平向右的匀强电场,电场强度为E2=0. 15N/C,在第一象限内,y=4m处有水平绝缘平台PA,右端与半径为R=2m的光滑绝缘竖直半圆弧轨道平滑连接,相切于A点,D为其最高点。质量为m=2x10-3kg、带正电q=0.1C的可视为质点的小球从x轴上某点Q以与x轴负半轴成60°、大小v0=10m/s的速度射入第二象限,恰好做匀速直线运动。现在第二象限内小球运动的某段路径上加上垂直于纸面向外的圆形边界的匀强磁场,磁感应强度B=0.2T,小球经过磁场区域后恰好水平向右运动,垂直于y轴从点P(0, 4m)无碰撞进入第一象限并沿平台PA方向运动,已知小球与平台的动摩擦因数μ=0.5,平台PA的长度L=2m,重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,不计空气阻力。(结果可用根号表示,可保留π)求:
(1)电场强度E1的大小;
(2)小球第一次从D点落到平台PA上的位置与A点的距离:
(3)小球在圆弧轨道ACD上的最大速度和所加圆形磁场区域的最小面积。
         
         
       
力电综合问题。涉及到这些力:重力、电场力、洛伦兹力、摩擦力,需要对力和运动的关系有准确的理解。
         
在第二象限未加磁场时小球恰好做匀速直线运动。可得小球所受电场力和重力的合力为零。
         
在第二象限加上匀强磁场后,小球做匀速圆周运动,速率不变,从P点以水平向右的速度进入第一象限,运动到D点的速度大小可根据动能定理或能量守恒求出,注意摩擦力和电场力做功的书写。单体建议用动能定理来列方程,相对不容易错。

到达D点后将运动分解,竖直方向做自由落体运动,水平方向做匀变速直线运动,水平方向不去判断速度先减为零的时间,列匀变速直线运动的通式,加速度恒定的运动为匀变速运动。
         
小球在ACD上的最大速度位置为速度恰好垂直于重力和电场力合力的位置。

为什么是这个位置呢?
         
小球在光滑圆弧轨道上运动时,重力和电场力对小球做功,轨道弹力不做功,由于重力和电场力都是恒力,两力的合力亦是恒力,所以可将两力先合成再求做功。在小球到达最大速度位置之前,速度和两恒力的合力方向夹角为锐角,合力对小球做正功,到达最大速度位置之后,速度和两恒力的合力方向夹角为钝角,合力对小球做负功,所以速度方向恰好与两恒力合力方向垂直时速度达到最大值。
         
最后一问求圆形磁场的最小面积,题干中已知了磁感应强度和速度大小,可以先求出偏转半径,进入磁场前,由于磁场是加在第一次小球做匀速直线运动的某段路径上,因此在小球进出磁场的前后两段时间内,小球还是做匀速直线运动。初末速度方向已知,通过画出轨迹圆的图形可知:速度偏转角即为小球在磁场中做圆周运动圆弧所对应的圆心角。半径和圆心角求出后,弦长也就可以求出。圆心角为1200,为劣弧,所以圆形磁场区域的最小半径即为劣弧对应弦长的一半。
         
考试中越来越发现,有思路但倒在数据运算上的同学不是少数。  对于本题,不计算数据影响不算太大,丢分项就是丢了结果分。但对于有的问题,需要运算结果来推断下一个物理过程,这样可能就亏大发了。计算数据还是功在平时,平时不计算,想着在考场上一算成名,实际可能是一败涂地。  还有些很可惜又可恨的骚操作,有思路,全程都是没有单位的数据表达式,可气的是结果还能计算正确,高考这种卷子能吃多大亏,以身试法试试吧!

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