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例题重为的小不球,用根长度为的轻绳吊起来,置于个半径为的光滑球面上,小球的悬点在球心的正上方距球面的最小距离为,小球可视为质点,如图所示,则轻绳对小球的拉力和半球体对小球的支持力分别为多大解析解本题最简便的方法是由相似三角形的关系求解。
小球受重力,绳的拉力及半球体的支持力三个力的作用,如图所示,由于小球受三个共点力的作用处于平衡状态,所以,组成个封闭三角形,如图所示,由于力三角形和三角形相似,所以有由式得,例题如图所示,在地面附近,坐标系在竖直平面内,空间有沿水平方向垂直于纸面向里得由上两式可解得根据可将上面结果化为点评以上例题给出了关于带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的两类典型问题的处理方法凡是涉及和粒子轨道在点相遇的两个粒子的轨道圆心分别为,弦所对圆心角为。
先射入的粒子由的时间后射入的粒子由的时间式中为圆周运动周期,两粒子射入的时间间隔因小关系,即可应用粒子运动时间和周期的关系求出其从点射出的时间差。
设粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径为,由牛顿第二定律,有得如图所示,以为弦可画两个半径相同的圆,分别表示点射出,且同时经过点,故应是两粒子运动轨迹圆的公共弦,其径迹应如图所示。
由于两粒子从点射出后至点的轨迹对应的圆心角不同,可知其运动至点经历的时间不同,利用几何知识找出其轨迹对应的圆心角大重力和粒子间的相互作用,且粒子速度方向和匀强磁场方向互相垂直,故粒子只受和粒子速度垂直的洛伦兹力作用,在纸面所在平面内做匀速圆周运动。
由洛伦兹力充当向心力,可求出粒子做圆周运动的半径。
又因两粒子都是从纸面的各个方向已知先后射入的两个粒子恰好在磁场中给定的点相遇,到的距离为,不计重力及粒子间的相互作用。
求所考查的粒子在磁场中的轨道半径求这两个粒子从点射入磁场的时间间隔解析由于不计值,得④光束照到小交线,在平面右侧的半空间存在磁感应强度为的匀强磁场,方向垂直纸面向外。
是上的点,从点可以向磁场区域发射电量为质量为速率为的粒子。
粒子射入磁场时的方向可在向如图中箭头所示。
当光束与的夹角为时,光束正好射到小车上。
如果再经过光束又射到小车上,则小车的速度是多少结果保留二位数字解析在内,光束转过角度由图可知由两式并代入数小车可沿水平地面图中纸面上的长直轨道匀速向右运动。
有台发出细光束的激光器在小转台上,到轨道的距离为,如图所示。
转台匀速转动,使激光束在水平面内扫描,扫描周的时间为。
光束转动方能守恒定律知故平均速度。
又因为两斜面的总长度相等,所以。
根据得,故有甲乙,即乙球先到达斜面底端。
例题年全国辆实验所示在上取点,使,以点为圆心,以长为半径画圆,此圆交于点。
由于物体沿着位于同竖直圆上的过顶点的所有光滑弦下滑,到达圆周底端的时间相等,所以有,由机械题两光滑斜面的高度都为,甲乙两斜面的总长度都为,只是乙斜面由两部分组成,如图所示,将两个相同的小球从斜面的顶端同由静止释放,不计拐角处的能量损失,问哪个球先达斜面底端解斩构想辅助圆如图腰三角形,所以,为油滴做圆周运动的圆心。
设,油滴由点到点的时间,油滴由点到点做匀速圆周运动的时间。
因为所以。
所以油滴由点到点的时间例的区域后,要做匀速圆周运动,则因为,所以,电场方向竖直向上。
油滴的运动轨迹如图所示过作的垂线交轴于,因,为等油滴从轴上的点开始到达轴上的点所用的时间。
解析因油滴沿直线运动,重力和电场力又为恒力,则与运动方向垂直的洛伦兹力的大小运动不能变化,油滴必然做匀速直线运动。
则有,油滴进入的区域后能在竖直平面内做匀速圆周运动,需在区域内加个匀强电场。
若带电油滴做圆周运动通过轴的点,且。
求油滴运动的速度大小。
在空间内所加电场的场强大小和方向。
由式得,例题如图所示,在地面附近,坐标系在竖直平面内,空间有沿水平方向垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感强度大小为。
在区域。
要使油滴进入由式得,例题如图所示,在地面附近,坐标系在竖直平面内,空间有沿水平方向垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感强度大小为。
在区域。
要使油滴进入的区域后能在竖直平面内做匀速圆周运动,需在区域内加个匀强电场。
若带电油滴做圆周运动通过轴的点,且。
求油滴运动的速度大小。
在空间内所加电场的场强大小和方向。
油滴从轴上的点开始到达轴上的点所用的时间。
解析因油滴沿直线运动,重力和电场力又为恒力,则与运动方向垂直的洛伦兹力的大小运动不能变化,油滴必然做匀速直线运动。
则有,油滴进入的区域后,要做匀速圆周运动,则因为,所以,电场方向竖直向上。
油滴的运动轨迹如图所示过作的垂线交轴于,因,为等腰三角形,所以,为油滴做圆周运动的圆心。
设,油滴由点到点的时间,油滴由点到点做匀速圆周运动的时间。
因为所以。
所以油滴由点到点的时间例题两光滑斜面的高度都为,甲乙两斜面的总长度都为,只是乙斜面由两部分组成,如图所示,将两个相同的小球从斜面的顶端同由静止释放,不计拐角处的能量损失,问哪个球先达斜面底端解斩构想辅助圆如图所示在上取点,使,以点为圆心,以长为半径画圆,此圆交于点。
由于物体沿着位于同竖直圆上的过顶点的所有光滑弦下滑,到达圆周底端的时间相等,所以有,由机械能守恒定律知故平均速度。
又因为两斜面的总长度相等,所以。
根据得,故有甲乙,即乙球先到达斜面底端。
例题年全国辆实验小车可沿水平地面图中纸面上的长直轨道匀速向右运动。
有台发出细光束的激光器在小转台上,到轨道的距离为,如图所示。
转台匀速转动,使激光束在水平面内扫描,扫描周的时间为。
光束转动方向如图中箭头所示。
当光束与的夹角为时,光束正好射到小车上。
如果再经过光束又射到小车上,则小车的速度是多少结果保留二位数字解析在内,光束转过角度由图可知由两式并代入数值,得④光束照到小交线,在平面右侧的半空间存在磁感应强度为的匀强磁场,方向垂直纸面向外。
是上的点,从点可以向磁场区域发射电量为质量为速率为的粒子。
粒子射入磁场时的方向可在纸面的各个方向已知先后射入的两个粒子恰好在磁场中给定的点相遇,到的距离为,不计重力及粒子间的相互作用。
求所考查的粒子在磁场中的轨道半径求这两个粒子从点射入磁场的时间间隔解析由于不计重力和粒子间的相互作用,且粒子速度方向和匀强磁场方向互相垂直,故粒子只受和粒子速度垂直的洛伦兹力作用,在纸面所在平面内做匀速圆周运动。
由洛伦兹力充当向心力,可求出粒子做圆周运动的半径。
又因两粒子都是从点射出,且同时经过点,故应是两粒子运动轨迹圆的公共弦,其径迹应如图所示。
由于两粒子从点射出后至点的轨迹对应的圆心角不同,可知其运动至点经历的时间不同,利用几何知识找出其轨迹对应的圆心角大小关系,即可应用粒子运动时间和周期的关系求出其从点射出的时间差。
设粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径为,由牛顿第二定律,有得如图所示,以为弦可画两个半径相同的圆,分别表示在点相遇的两个粒子的轨道圆心分别为,弦所对圆心角为。
先射入的粒子由的时间后射入的粒子由的时间式中为圆周运动周期,两粒子射入的时间间隔因得由上两式可解得根据可将上面结果化为点评以上例题给出了关于带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的两类典型问题的处理方法凡是涉及和粒子轨道半径有关的问题,应首先应用几何知识求出粒子轨道半径,凡是涉及粒子运动时间的相关问题,应根据粒子运动轨迹对应的圆心角与圆周角的关系找出粒子运动时间和周期的关系,从而使问题得到解决。
例题如图所示,两个共轴的圆筒形金属电极,外电极接地,其上均匀分布着平行于轴线的四条狭缝和,外筒的外半径为。
在圆铜之外的足够大区域中有平行于轴线方向的均匀磁场,磁感强度的大小为,在两极间加上电压,使两圆铜之间的区域内有沿半径向外的电场。
质量为带电量为的粒子,从紧靠内筒且正对狭缝的点出发,初速为零。
如果该粒子经过段时间的运动之后恰好又回到出发点,则两极之间的电压应是多少不计重力,整个装置在真空中。
解析带电粒子从出发,在两筒之间的电场力作用下加速,沿径向穿出而进入磁场区,在洛化兹力作用下做匀速圆周运动。
粒子再回到点的条件是能沿径向穿过狭缝。
只要穿过了,粒子就会在电场力作用下先减速,再反向加速,经重新进入磁场区。
然后,粒子将以同样方式经过,再经过回到点。
设粒子射入磁场区的速度为,根据能量守恒,有设粒子在洛仑兹力作用下做匀速圆周运动的半径为,由洛仑兹力公式和牛顿定律得由前面分析可知,要回到点,粒子从到必经过圆周,所以半径必定等于筒的外半径,即由以上各式解得④例题电视机的显像管中,电子束的偏转是用磁偏转技术实现的。
电子束经过电压为的加速电场后,进入圆形匀强磁场区,如图所示。
磁场方向垂直于圆面。
磁场区的中心为,半径为。
当不加磁场时,电子束将通过点而打到屏幕的中心点。
为了让电子束射到屏幕边缘,需要加磁场,使电子束偏转已知角度,此时磁场的磁感应强度应为多少解析电子在磁场中沿圆弧运动,圆心为,半径为。
以表示电子进入磁场时的速度,分别表示电子的质量和电量,则又有由以上各式解得④几何图解法例题如图所示,用根长为的细绳,端固定在点,另端悬挂质量为,的小球,为使细绳与竖直方向夹角为度且绷紧,小球处于静止状态。
求对小球施加最小力的为多少方向如何解析小球在重力拉力和外加力的作用下处于平衡状态,则此三力必构成闭合的三角形。
如图所示。
重力大小方向都不变,绳子的拉力方向不变,由几何关系得第三个力与绳垂直时最小,最小值例题如图,质量为的球放在倾角为的光滑斜面上,试分析挡板与斜面间的倾角多大时,所受压力最小解析把球重力按效果分解为,当板转动时,分解图如图虚线所示,当,例题有小船位于宽的河边,在下游处河流变为瀑布,假设
