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- 2021-05-26 发布
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2016-2017学年湖南省衡阳市祁东一中高三(上)第一次检测物理试卷(解析版)
一、选择题:本题共8小题,每小题6分.
1.下列说法中正确的是( )
A.物体运动的速度越大,加速度也一定越大
B.物体的加速度越大,它的速度一定越大
C.加速度就是“增加出来的速度”
D.加速度反映速度变化的快慢,与速度、速度的变化量无关
2.建筑装修中,工人用质量为m的磨石对斜壁进行打磨,当对磨石加竖直向上大小为F的推力时,磨石恰好沿斜壁向上匀速运动,已知磨石与斜壁之间的动摩擦因数为μ,则磨石受到的摩擦力是( )
A.(F﹣mg)cos θ B.(F﹣mg)sin θ C.μ(F﹣mg)cos θ D.μ(F﹣mg)
3.如图甲为一理想自耦变压器,输入端接交流稳压电源,其电压随时间变化关系如图乙所示.已知n1、n2的比值为2:1,负载电阻R的阻值为5Ω,下面正确的说法有( )
A.负载电阻R消耗的电功率约为48W
B.通过负载电阻R的电流的有效值为22A
C.通过负载电阻R的电流的频率为100Hz
D.通过负载电阻R的电流的频率为25Hz
4.如图所示,在竖直放置的半圆形容器的中心O点分别以水平初速度v1、v2
抛出两个小球(可视为质点),最终它们分别落在圆弧上的A点和B点,已知OA与OB互相垂直,且OA与竖直方向成α角,则两小球初速度之比为( )
A.tanαtan α B.cosαcos α C. D.
5.如图甲所示,Q1、Q2为两个固定的点电荷,其中Q1带负电,a、b、c三点在它们连线的延长线上.现有一带负电的粒子以一定的初速度沿直线从a点开始向远处运动经过b、c两点(粒子只受电场力作用),粒子经过a、b、c三点时的速度分别为va、vb、vc,其速度﹣时间图象如图乙所示.以下说法中正确的是( )
A.Q2一定带正电
B.Q2的电量一定小于Q1的电量
C.b点的电场强度最大
D.粒子由a点运动到c点运动过程中,粒子的电势能先增大后减小
6.如图所示,A为静止于地球赤道上的物体,B为绕地球沿椭圆轨道运行的卫星,C为绕地球做圆周运动的卫星,P为B、C两卫星轨道的交点.已知A、B、C绕地心运动的周期相同,相对于地心,下列说法中正确的是( )
A.物体A和卫星C具有相同大小的线速度
B.物体A和卫星C具有相同大小的加速度
C.卫星B在P点的加速度与卫星C在该点的加速度一定相同
D.卫星B在P点的线速度与卫星C在该点的线速度一定相同
7.如图所示为通过弹射器研究轻弹簧的弹性势能的实验装置.半径为R的光滑圆形轨道竖直固定于光滑水平面上并与水平地面相切于B点,弹射器固定于A处.某次实验过程中弹射器射出一质量为m的小球,恰能沿圆轨道内侧到达最髙点C,然后从轨道D处(D与圆心等高)下落至水平面.忽略空气阻力,取重力加速度为g.下列说法正确的是( )
A.小球从D处下落至水平面的时间小于
B.小球运动至最低点B时对轨道压力为5mg
C.小球落至水平面时的动能为2mgR
D.释放小球前弹射器的弹性势能为
8.将两根足够长的光滑平行导轨MN、PQ固定在水平桌面上,间距为l,在导轨的左端接有阻值为R的定值电阻,将一长为l质量为m的导体棒放在导轨上,已知导体棒与导轨间的接触始终良好,且阻值也为R.在导轨所在的空间加一磁感应强度为B、方向竖直向上的匀强磁场.现用一质量不计的轻绳将导体棒与一质量也为m的重物跨过光滑的定滑轮连接,重物距离地面的高度足够大,如图所示,重物由静止释放后,带动导体棒一起运动,忽略导轨的电阻,重力加速度为g.重物下落h时(此时导体棒做匀速运动),则下列说法正确的是( )
A.该过程中电阻R中的感应电流方向为由M到P
B.重物释放的瞬间加速度最大且为g
C.导体棒的最大速度为
D.该过程流过定值电阻的电量为
二、非选择题:
9.某同学为了探究物体在斜面上运动时摩擦力与斜面倾角的关系,设计实验装置如图1.长直平板一端放在水平桌面上,另一端架在一物块上.在平板上标出A、B两点,B点处放置一光电门,用光电计时器记录滑块通过光电门时挡光的时间.
实验步骤如下:
①用游标卡尺测量滑块的挡光长度d,用天平测量滑块的质量m;
②用直尺测量AB之间的距离s,A点到水平桌面的垂直距离h1,B点到水平桌面的垂直距离h2;
③将滑块从A点静止释放,由光电计时器读出滑块的挡光时间t;
④重复步骤③数次,并求挡光时间的平均值;
⑤利用所测数据求出摩擦力f和斜面倾角的余弦值cosα;
⑥多次改变斜面的倾角,重复实验步骤②③④⑤,做出f﹣cosα关系曲线.
(1)用测量的物理量完成下列各式(重力加速度为g):
①斜面倾角的余弦cosα= ;
②滑块通过光电门时的速度v= ;
③滑块运动时的加速度a= ;
④滑块运动时所受到的摩擦阻f= ;
(2)测量滑块挡光长度的游标卡尺读数如图2所示,读得d= .
10.如图甲为多用电表的示意图,现用它测量一个阻值约为20Ω的电阻,测量步骤如下:
(1)调节 ,使电表指针停在指针对准 的“0”刻线(填“电阻”或“电流”).
(2)将选择开关旋转到“Ω”档的 位置.(填“×1”、“×10”、“×100”或“×1k”)
(3)将红、黑表笔分别插入“+”、“﹣”插孔,并将两表笔短接,调节 ,使电表指针对准 的“0”刻线(填“电阻”或“电流”).
(4)将红、黑表笔分别与待测电阻两端相接触,若电表读数如图乙所示,该电阻的阻值为 Ω.
(5)测量完毕,将选择开关旋转到“OFF”位置.
11.“引体向上”是一项体育健身运动,该运动的规范动作是:两手正握单杠,由身体悬垂开始.上提时,下颚超过杠面;下放时,两手臂放直.这样上拉下放,重复动作,达到锻炼背力和腹肌的目的,如图所示,某同学质量为m=60kg,开始下颚距单杠的高度为H=0.4m,当他用F=720N的恒力将身体拉至某位置时,不再用力,以后依靠惯性继续向上运动.为保证此次引体向上动作合格,恒力F的作用时间至少为多少?(不计空气阻力,g取10m/s2)
12.如图所示,在第一象限有一匀强电场,场强大小为E,方向与y轴平行;在x轴下方有一匀强磁场,磁场方向与纸面垂直.一质量为m、电荷量为﹣q(q>0)的粒子以平行于x轴的速度从y轴上的P点处射入电场,在x轴上的Q点处进入磁场,并从坐标原点O离开磁场.粒子在磁场中的运动轨迹与y轴交于M点.已知OP=l,OQ=2l.不计重力.求:
(1)M点与坐标原点O间的距离;
(2)粒子从P点运动到M点所用的时间.
2016-2017学年湖南省衡阳市祁东一中高三(上)第一次检测物理试卷(解析版)
参考答案与试题解析
一、选择题:本题共8小题,每小题6分.
1.下列说法中正确的是( )
A.物体运动的速度越大,加速度也一定越大
B.物体的加速度越大,它的速度一定越大
C.加速度就是“增加出来的速度”
D.加速度反映速度变化的快慢,与速度、速度的变化量无关
【考点】加速度.
【分析】加速度定义为单位时间内速度的变化量,反映速度变化快慢的物理量.
【解答】解:A、a=,速度大,速度的变化量不一定大,加速度不一定大.故A错误.
B、加速度大,速度不一定大,只能说明速度变化快.故B错误.
C、根据加速度的定义可知C错误.
D、加速度反映速度变化的快慢,与速度、速度的变化量无关.故D正确.
故选D.
【点评】解决本题的关键理解加速度的定义:加速度等于单位时间内速度的变化量.以及物理意义:反映速度变化快慢的物理量.
2.建筑装修中,工人用质量为m的磨石对斜壁进行打磨,当对磨石加竖直向上大小为F的推力时,磨石恰好沿斜壁向上匀速运动,已知磨石与斜壁之间的动摩擦因数为μ,则磨石受到的摩擦力是( )
A.(F﹣mg)cos θ B.(F﹣mg)sin θ C.μ(F﹣mg)cos θ D.μ(F﹣mg)
【考点】摩擦力的判断与计算.
【分析】对物体进行受力分析,根据共点力的平衡可知可求得磨石受到的摩擦力;同时根据动摩擦力的公式也可求得摩擦力.
【解答】解:磨石受重力、推力、斜壁的弹力及摩擦力而处于平衡状态,由图可知,F一定大于重力;
先将重力及向上的推力合力后,将二者的合力向垂直于斜面方向及沿斜面方向分解可得:
在沿斜面方向有:摩擦力f=(F﹣mg)cosθ;
在垂直斜面方向上有:FN=(F﹣mg)sinθ;
则f=(F﹣mg)cosθ=μ(F﹣mg)sinθ,
故选:A.
【点评】滑动摩擦力的大小一定要注意不但可以由μFN求得,也可以由共点力的平衡或牛顿第二定律求得,故在学习时应灵活掌握.
3.如图甲为一理想自耦变压器,输入端接交流稳压电源,其电压随时间变化关系如图乙所示.已知n1、n2的比值为2:1,负载电阻R的阻值为5Ω,下面正确的说法有( )
A.负载电阻R消耗的电功率约为48W
B.通过负载电阻R的电流的有效值为22A
C.通过负载电阻R的电流的频率为100Hz
D.通过负载电阻R的电流的频率为25Hz
【考点】变压器的构造和原理;正弦式电流的图象和三角函数表达式.
【分析】先根据乙图得到变压器的输出电压的最大值和周期,求解出有效值;再根据理想变压器的变压比公式求解输入电压;理想变压器的输入功率和输出功率相等.
【解答】解:A、由乙图得到理想变压器的输出电压的最大值为Um=311V,故有效值为:U1==220V;
已知n1、n2的比值为2:1,
根据理想变压器的变压比得副线圈电压U2=110V,
所以通过负载电阻消耗的电功率为,故A错误;
B、通过负载电阻R的电流的有效值为I2==22A,故B正确;
CD、由乙图得周期T=0.02s,所以通过负载电阻R的电流的频率为f==50Hz,故CD错误;
故选:B.
【点评】本题关键记住变压器的变压公式,知道理想变压器的输入功率等于输出功率;同时要熟悉交流电的最大值、有效值、峰值.
4.如图所示,在竖直放置的半圆形容器的中心O点分别以水平初速度v1、v2抛出两个小球(可视为质点),最终它们分别落在圆弧上的A点和B点,已知OA与OB互相垂直,且OA与竖直方向成α角,则两小球初速度之比为( )
A.tanαtan α B.cosαcos α C. D.
【考点】平抛运动.
【分析】由几何关系可知两球下落高度及水平位移的关系,再由平抛运动的规律可求得初速度之比.
【解答】解:由几何关系可知,A的竖直位移为:hA=Rcosα,水平位移为:xA=Rsinα;
B的竖直位移为:hB=Rcos(90°﹣α)=Rsinα,水平位移为:xB=Rsin(90°﹣α)=Rcosα
由平抛运动的规律可知:h=gt2,x=v0t
解得:v0=x
则=•=tanα
故选:C
【点评】本题考查平抛运动规律的应用,解题的关键在于明确题意及几何关系,运用运动学公式解答.
5.如图甲所示,Q1、Q2为两个固定的点电荷,其中Q1带负电,a、b、c三点在它们连线的延长线上.现有一带负电的粒子以一定的初速度沿直线从a点开始向远处运动经过b、c两点(粒子只受电场力作用),粒子经过a、b、c三点时的速度分别为va、vb、vc,其速度﹣时间图象如图乙所示.以下说法中正确的是( )
A.Q2一定带正电
B.Q2的电量一定小于Q1的电量
C.b点的电场强度最大
D.粒子由a点运动到c点运动过程中,粒子的电势能先增大后减小
【考点】电势差与电场强度的关系;电场强度;电势能.
【分析】
速度时间图线上每一点的切线斜率表示瞬时加速度,可见a到b做加速度减小的减速运动,到b点加速度为0.从而知道b点的电场力及电场强度.通过B点的场强可以分析出两个点电荷电量的大小.通过能量守恒判断电势能的变化.
【解答】解:AC、从速度图象上看,可见a到b做加速度减小的减速运动,在b点时粒子运动的加速度为零,则电场力为零,所以该点场强为零,负电荷在ab上做减速运动,电场力向左,合场强向右,b点左侧合电场主要取决于,故带正电;负电荷在bc上做加速运动,电场力向右,合电场向左,b点右侧合电场主要取决于,说明带负电,故A正确,C错误;
B、b点的电场强度为0,根据点电荷场强公式,因为,故,即的电量一定小于的电量,故B正确;
D、负电荷从a点到b点的过程中,电场力做负功,电势能增加;从b点到c点的过程中,电场力做正功,电势能减小,故粒子从a到b到c的过程中,电势能先增加后减小,故D正确;
故选:ABD
【点评】解决本题的关键根据图象b点的加速度为0,根据这一突破口,从而判断Q2的电性及Q1和Q2的电量大小.
6.如图所示,A为静止于地球赤道上的物体,B为绕地球沿椭圆轨道运行的卫星,C为绕地球做圆周运动的卫星,P为B、C两卫星轨道的交点.已知A、B、C绕地心运动的周期相同,相对于地心,下列说法中正确的是( )
A.物体A和卫星C具有相同大小的线速度
B.物体A和卫星C具有相同大小的加速度
C.卫星B在P点的加速度与卫星C在该点的加速度一定相同
D.卫星B在P点的线速度与卫星C在该点的线速度一定相同
【考点】人造卫星的加速度、周期和轨道的关系;万有引力定律及其应用.
【分析】根据A、C的周期相等,知角速度相等,通过v=rω比较A、C速度的大小.因为卫星的周期一定,根据万有引力提供向心力确定其轨道半径一定.根据卫星所受的万有引力,通过牛顿第二定律比较加速度的大小.
【解答】解:A、物体A和卫星C的周期相等,则角速度相等,根据v=rω知,半径越大,线速度越大.所以卫星C的运行速度大于物体A的速度.故A错误.
B、物体A和卫星C的周期相等,则角速度相等,根据a=rω2知,半径越大,加速度越大,所以卫星C的运行加速度大于物体A的加速度.故B错误
C、根据a=,两卫星距离地心的距离相等,则加速度相等.故C正确.
D、卫星B做椭圆轨道运动,卫星C做圆周运动,卫星B在P点的线速度与卫星C在该点的线速度不一定相同,故D错误.
故选:C.
【点评】解决本题的关键知道A和C的角速度相等,通过v=rω 比较线速度大小,注意物体A随地球做圆周运动不是靠万有引力提供向心力.
7.如图所示为通过弹射器研究轻弹簧的弹性势能的实验装置.半径为R的光滑圆形轨道竖直固定于光滑水平面上并与水平地面相切于B点,弹射器固定于A处.某次实验过程中弹射器射出一质量为m的小球,恰能沿圆轨道内侧到达最髙点C,然后从轨道D处(D与圆心等高)下落至水平面.忽略空气阻力,取重力加速度为g.下列说法正确的是( )
A.小球从D处下落至水平面的时间小于
B.小球运动至最低点B时对轨道压力为5mg
C.小球落至水平面时的动能为2mgR
D.释放小球前弹射器的弹性势能为
【考点】功能关系;向心力;动能定理.
【分析】小球从被弹出后机械能守恒;在最高点应保证重力充当向心力,由临界条件可求得最高点的速度;由机械能守恒可求得B点的压力、小球到达水平面的动能及开始时的机械能.
【解答】解:A、小球恰好通过最高点,则由mg=m,解得v=;小球从C到D的过程中机械能守恒,则有mgR=﹣mv2;解得vD=;小球由D到地面做匀加速直线运动;若做自由落体运动时,由R=可得,t=;而现在有初速度,故时间小于;故A正确;
B、由B到C过程中,机械能守恒,则有:mg2R=﹣;B点时由牛顿第二定律有:F﹣mg=m;联立解得,F=6mg,故B错误;
C、对C到地面过程由机械能守恒得:Ek﹣=mg2R;EK=2.5mgR;故C错误;
D、小球弹出后的机械能等于弹射器的弹性势能;故弹性势能为E=mg2R+=;故D正确;
故选:AD.
【点评】本题考查功能关系及机械能守恒定律,要注意明确系统只有重力及弹簧的弹力做功,故机械能守恒;正确选择初末状态即可顺利求解.
8.将两根足够长的光滑平行导轨MN、PQ固定在水平桌面上,间距为l,在导轨的左端接有阻值为R的定值电阻,将一长为l质量为m的导体棒放在导轨上,已知导体棒与导轨间的接触始终良好,且阻值也为R.在导轨所在的空间加一磁感应强度为B、方向竖直向上的匀强磁场.现用一质量不计的轻绳将导体棒与一质量也为m的重物跨过光滑的定滑轮连接,重物距离地面的高度足够大,如图所示,重物由静止释放后,带动导体棒一起运动,忽略导轨的电阻,重力加速度为g.重物下落h时(此时导体棒做匀速运动),则下列说法正确的是( )
A.该过程中电阻R中的感应电流方向为由M到P
B.重物释放的瞬间加速度最大且为g
C.导体棒的最大速度为
D.该过程流过定值电阻的电量为
【考点】导体切割磁感线时的感应电动势;电磁感应中的能量转化.
【分析】由右手定则判断感应电流的方向.导体棒先做加速度减小的变加速运动,当加速度为零时做匀速直线运动,速度达到最大,根据拉力F的功率等于电功率,列式求解最大速度.由牛顿第二定律求最大的加速度.由q=求电量.
【解答】解:A、由右手定则判断知感应电流方向由P到M.故A错误.
B、根据牛顿第二定律得:
对导体棒有 T﹣=ma
对重物有 mg﹣T=ma
联立得 a=g﹣
则当v=0即重物释放的瞬间加速度最大且为g.故B错误.
C、由上知,当a=0时速度最大,且最大速度为 vm=.故C正确.
D、该过程流过定值电阻的电量 q==.故D正确.
故选:CD
【点评】本题考查导体切割磁感线规律的应用,应记牢安培力的经验公式F=和感应电量经验公式 q=,这两个式子经常用到,做选择题时可直接应用,而做计算题时要有推导过程,
二、非选择题:
9.(2016秋•祁东县校级月考)某同学为了探究物体在斜面上运动时摩擦力与斜面倾角的关系,设计实验装置如图1.长直平板一端放在水平桌面上,另一端架在一物块上.在平板上标出A、B两点,B点处放置一光电门,用光电计时器记录滑块通过光电门时挡光的时间.
实验步骤如下:
①用游标卡尺测量滑块的挡光长度d,用天平测量滑块的质量m;
②用直尺测量AB之间的距离s,A点到水平桌面的垂直距离h1,B点到水平桌面的垂直距离h2;
③将滑块从A点静止释放,由光电计时器读出滑块的挡光时间t;
④重复步骤③数次,并求挡光时间的平均值;
⑤利用所测数据求出摩擦力f和斜面倾角的余弦值cosα;
⑥多次改变斜面的倾角,重复实验步骤②③④⑤,做出f﹣cosα关系曲线.
(1)用测量的物理量完成下列各式(重力加速度为g):
①斜面倾角的余弦cosα= ;
②滑块通过光电门时的速度v= ;
③滑块运动时的加速度a= ;
④滑块运动时所受到的摩擦阻f= mg﹣m ;
(2)测量滑块挡光长度的游标卡尺读数如图2所示,读得d= 3.62cm .
【考点】探究影响摩擦力的大小的因素.
【分析】根据题意应用数学知识求解正余弦函数值;
滑块在通过光电门时,平均速度等于遮光片的宽度d与其通过的时间之比,
由于宽度较小,时间很短,所以瞬时速度接近平均速度;
熟练应用运动学公式v2﹣v02=2ax求解物体的加速度大小;
对滑块受力分许,由牛顿第二定律列方程可以求出摩擦阻力.
【解答】解:1、由数学知识可知:cosα=;
2、滑块通过光电门时的速度:v=;
3、由v2﹣v02=2ax可得:v2=2as,即: =2as,
解得,加速度:a=;
4、由牛顿第二定律得:mgsinθ﹣f=ma,
其中sinθ=,
解得f=mg﹣m;
(2)游标卡尺的主尺读数为36mm,游标尺上第2个刻度和主尺上某一刻度对齐,所以游标读数为2×0.1mm=0.2mm,所以最终读数为:36mm+0.2mm=36.2mm=3.62cm.
故答案为:(1)①、;②、;③;④、mg﹣m.
(2)3.62 cm
【点评】本题难度不大,是一道基础题,认真审题、熟练应用数学知识、对滑块进行受力分析、熟练应用顿第二定律以及运动学公式是正确解题的关键.
10.(2013•连江县校级模拟)如图甲为多用电表的示意图,现用它测量一个阻值约为20Ω的电阻,测量步骤如下:
(1)调节 调零螺丝 ,使电表指针停在指针对准 电流 的“0”刻线(填“电阻”或“电流”).
(2)将选择开关旋转到“Ω”档的 ×1 位置.(填“×1”、“×10”、“×100”或“×1k”)
(3)将红、黑表笔分别插入“+”、“﹣”插孔,并将两表笔短接,调节 调零旋钮 ,使电表指针对准 电阻 的“0”刻线(填“电阻”或“电流”).
(4)将红、黑表笔分别与待测电阻两端相接触,若电表读数如图乙所示,该电阻的阻值为 19.0 Ω.
(5)测量完毕,将选择开关旋转到“OFF”位置.
【考点】用多用电表测电阻.
【分析】使用多用电表测电阻时,要先对多用电表进行机械调零,使指针指针电流(电压)表的零刻度线上;
然后选择合适的档位,进行欧姆调零,再测电阻;
欧姆表指针示数与对应档位的乘积是欧姆表示数.
【解答】解:(1)调节调零螺丝,使电表指针停在电流、电压公共的“0”刻线.
(2)将选择开关旋转到“Ω”挡的×1位置.
(3)将红、黑表笔分别插入“+”、“﹣”插孔,并将两表笔短接,调节欧姆调零旋钮,使电表指针对准电阻的“0”刻线.
(4)由图乙所示可知,电阻的阻值19.0×1=19.0Ω.
故答案为:(1)调零螺丝,电流;(2)×1;(3)调零旋钮,电阻;(4)19.0
【点评】本题考查了欧姆表的使用方法、欧姆表读数;使用欧姆表测电阻时,要先进行机械调零,然后选择合适的档位,再进行欧姆调零,最后测电阻.
11.(2015•安庆模拟)“引体向上”是一项体育健身运动,该运动的规范动作是:两手正握单杠,由身体悬垂开始.上提时,下颚超过杠面;下放时,两手臂放直.这样上拉下放,重复动作,达到锻炼背力和腹肌的目的,如图所示,某同学质量为m=60kg,开始下颚距单杠的高度为H=0.4m,当他用F=720N的恒力将身体拉至某位置时,不再用力,以后依靠惯性继续向上运动.为保证此次引体向上动作合格,恒力F的作用时间至少为多少?(不计空气阻力,g取10m/s2)
【考点】牛顿第二定律.
【分析】人先恒力作用下做匀加速运动,后做竖直上抛运动,即做匀减速直线运动.根据牛顿第二定律求出匀加速运动的加速度,运动学公式得出人上升的高度与时间的关系式,以及匀加速运动的末速度与时间的关系.再由运动学公式得出竖直上抛的高度.根据总高度等于H,联立求解恒力作用的时间.
【解答】解:设施加恒力F时,人的加速度为a,由牛顿运动定律得:
F﹣mg=ma
代入解得:a==﹣10=2m/s2
设加速运动时间为t,人加速上升的高度为:h1=…①
人加速上升的末速度为:v=at…②
人不再用力后,以速度v竖直上抛的高度为:h2=…③
且h1+h2=H…④
由①②③④得: at2=H
代入解得:t=s
答:恒力F的作用时间至少为s.
【点评】
本题要善于建立物理模型,对实际过程进行简化:人先做匀加速运动后做匀减速运动.要抓住两个过程之间速度关系和位移关系.
12.(2009•宁夏)如图所示,在第一象限有一匀强电场,场强大小为E,方向与y轴平行;在x轴下方有一匀强磁场,磁场方向与纸面垂直.一质量为m、电荷量为﹣q(q>0)的粒子以平行于x轴的速度从y轴上的P点处射入电场,在x轴上的Q点处进入磁场,并从坐标原点O离开磁场.粒子在磁场中的运动轨迹与y轴交于M点.已知OP=l,OQ=2l.不计重力.求:
(1)M点与坐标原点O间的距离;
(2)粒子从P点运动到M点所用的时间.
【考点】带电粒子在匀强磁场中的运动;牛顿第二定律;向心力;带电粒子在匀强电场中的运动.
【分析】分析粒子在电场和磁场中的运动性质,在电场中做类平抛运动,在磁场中做匀速圆周运动,由牛顿第二定律和平抛运动的知识求MO的长度,进而可以求运动的时间.
【解答】解:(1)带电粒子在电场中做类平抛运动,在y轴负方向上做初速度为零的匀加速运动,设加速度的大小为a;在x轴正方向上做匀速直线运动,设速度为v0;粒子从P点运动到Q点所用的时间为t1,进入磁场时速度方向与x轴正方向的夹角为θ,则
由牛顿第二定律得:qE=ma①
在电场中运动的时间为:②
水平初速度:③
其中2,y0=L,又tanθ=④
联立②③④得θ=30°⑤
由几何关系知MQ为直径,R=⑥
MO==6L⑦
(2)设粒子在磁场中运动的速度为v,从Q到M点运动的时间为t2,则有
v=⑧
⑨
从P点到M点所用的时间t=t1+t2⑩
联立①②③⑤⑥⑧⑨⑩并代入数据得
t=
(1)M点与坐标原点O间的距离为6L;
(2)粒子从P点运动到M点所用的时间为.
【点评】解决此类题目的关键是知道粒子在各个阶段的运动性质,再分别应用不同的知识去求解,可以先画出草图再分析.