如图所示,竖直平面内固定轨道ABC,由水平粗糙轨道AB和四分之一光滑圆弧轨道BC组成,AB恰与圆弧BC在B点相切。质量m=1kg的小物块从A点以水平初速度=6m/s滑上轨道AB,滑上圆弧轨道BC后返回。已知水平轨道AB长为L=5m,圆弧半径R=1m,小物块与AB轨道间的动摩擦因数为=0.2,取重力加速度g=10m/s2。求:(1)小物块滑到B点时速度的大小;(2)小物块在圆弧轨道B处对轨道压力的大小;(3)通过计算说明小物块最终能否从A处脱离轨道。
如图是检验某种防护罩承受冲击能力的装置,MN为半径、固定于竖直平面内的光滑圆弧轨道,轨道上端切线水平。PQ为待检验的固定曲面,该曲面为在竖直面内截面半径的圆弧,圆弧下端切线水平且圆心恰好位于MN轨道的上端点N,M的下端相切处放置竖直向上的弹簧枪,可发射速度不同的质量的小钢珠,假设某次发射的钢珠沿轨道恰好能经过N点,水平飞出后落到PQ上的S点,取g =10m/s2。求: (1)小球到达N点时速度的大小; (2)发射该钢珠前,弹簧的弹性势能的大小; (3)钢珠落到圆弧PQ上S点时速度的大小。
1932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器,巧妙地利用带电粒子在磁场中的运动特点,解决了粒子的加速问题。现在回旋加速器被广泛应用于科学研究和医学设备中。某型号的回旋加速器的工作原理如图(甲)所示,图(乙)为俯视图。回旋加速器的核心部分为两个D形盒,分别为D1、D2。D形盒装在真空容器里,整个装置放在巨大的电磁铁两极之间的强大磁场中,磁场可以认为是匀强磁场,且与D形盒底面垂直。两盒间的狭缝很小,带电粒子穿过的时间可以忽略不计。D形盒的半径为R,磁场的磁感应强度为B。设质子从粒子源A处进入加速电场的初速度不计。质子质量为m、电荷量为+q。加速器接入一定频率的高频交变电源,加速电压为U。加速过程中不考虑相对论效应和重力作用。 (1)求质子第1次经过狭缝被加速后进人D2盒时的速度大小v1; (2)求质子第1次经过狭缝被加速后进人D2盒后运动的轨道半径r1; (3)求质子从静止开始加速到出口处所需的时间t。
如图所示,两个板长均为L的平板电极,平行正对放置,两极板相距为d,极板之间的电势差为U,板间电场可以认为是匀强电场。一个带电粒子(质量为m,电荷量为+q)从正极板边缘以某一初速度垂直于电场方向射入两极板之间,到达负极板时恰好落在极板边缘。忽略重力和空气阻力的影响。求: (1)极板间的电场强度E的大小; (2)该粒子的初速度v0的大小; (3)该粒子落到下极板时的末动能Ek的大小。
如图所示,一颗质量为m =10g的子弹以水平速度v0 =200m/s击穿一个静止于光滑水平面上的沙箱后,速度减小为v="100" m/s。已知沙箱的质量为M =0.5kg。求: (1)沙箱被击穿后的速度的大小; (2)这一过程中系统产生的热量Q的大小。
如图(甲)所示,在xoy平面内有足够大的匀强电场,电场方向竖直向上,电场强度E=40N/C。在y轴左侧平面内有足够大的瞬时磁场,磁感应强度B1随时间t变化规律如图(乙)所示,15πs后磁场消失,选定磁场垂直向里为正方向。在y轴右侧平面内还有方向垂直纸面向外的恒定的匀强磁场,分布在一个半径为r=0.3m的圆形区域(图中未画出),且圆的左侧与y轴相切,磁感应强度B2=0.8T。t=0时刻,一质量m=8×10-4kg、电荷量q=+2×10-4C的微粒从x轴上xP=-0.8m处的P点以速度v=0.12m/s向x轴正方向入射,重力加速度g取10m/s2。 (1)求微粒在第二像限运动过程中离y轴、x轴的最大距离; (2)若微粒穿过y轴右侧圆形磁场时,速度方向的偏转角度最大,求此圆形磁场的圆心坐标(x、y); (3)若微粒以最大偏转角穿过磁场后, 击中x轴上的M点,求微粒从射入圆形磁场到击中M点的运动时间t 。