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题型:解答题 题类: 难易度:困难

2024届浙江省湖州市浙江工业大学附属德清高级中学高三下学期适应考试物理试卷

如图所示,在无重力场的宇宙空间里有一xOy直角坐标系,其Ⅰ、Ⅳ象限内存在垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度。有一轻质绝缘光滑细杆处于y轴上,其下端在O点处,细杆长度 , 细杆的顶部套有一带负电的小球可以在细杆上自由滑动,其质量 , 电荷量。在x轴下方有一平行于y轴的挡板PQ(足够长),P点处于x轴上,其坐标为。若不计一切摩擦,求

(1)细杆在水平外力F作用下以速度沿x轴正向匀速运动时,小球脱离细杆前的运动性质及脱离细杆所用的时间;

(2)在(1)问中,水平外力F做的功W;

(3)要使小球能击中挡板左侧,细杆向右匀速运动的速度范围。

举一反三
在空间中一足够长圆柱形区域内存在匀强磁场,磁场的方向沿轴线向右,磁感应强度为 , 在轴线上有一粒子源,可以每秒发射N个质量为m,电荷量为+q,速度为的粒子。不计重力和粒子间的相互作用力。

(1)如图1所示,使粒子源沿垂直轴线的方向发射粒子,粒子恰好不会飞出磁场区域,求磁场区域的半径R;

(2)如图2所示,在磁场区域半径满足(1)的前提下,在右侧磁场范围内垂直轴线放一块足够大收集板A,将大量粒子沿与轴线成向右射出,为保证所有粒子在A上均汇聚于一点,求粒子源到极板A的水平距离;

(3)如图3所示,大量粒子沿与轴线成向右均匀射出,粒子源到A的距离满足(2)问,在A的中心挖一小孔,可使粒子通过。将收集板B平行放置于A右侧,并在AB极板间加上电压。粒子打在B板上即被完全吸收,求收集板B所受的作用力F与极板间电压的关系;

(4)实验室中,常利用亥姆霍兹线圈产生匀强磁场,当一对亥姆霍兹线圈间的距离增大时,即可生成磁感应强度随空间缓慢变化的磁场,如图4所示,其磁感应强度两端强,中间弱。带电粒子可以在端点处“反射”而被束缚其中,即“磁约束”。粒子的运动满足如下规律:带电粒子在垂直磁场方向的速度分量与此处的磁感应强度B之间满足: , 现假设该磁场中的最大磁感应强度和最小磁感应强度之比为 , 在该磁场的中部最弱区域有一带电粒子源,与轴线成发射粒子束,要使这些粒子能被束缚在该磁场区域,求的最小值。

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