如图所示,在y<0的区域内存在匀强磁场,磁场方向垂直于xy平面并指向纸面外,磁感强度为B,一带正电的粒子以速度V0从O点射入磁场,入射方向在xy平面内,与x轴正方向的夹角为θ,若粒子射出磁场的位置与O点的距离为l,求该粒子的电量和质量之比q/m。
解:带正电粒子射入磁场后,由于受到洛仑兹力的作用,粒子将沿图示的轨迹运动,从A点射出磁场。O、A间的距离为L,射出时速度的大小仍为V0,射出方向与x轴的夹角仍为。
由洛仑兹力公式和牛顿定律可得,式中R为圆轨迹道的半径
解得 ①
圆轨迹道的圆心位于OA的中垂线上,由几何关系可得:
②
联立 ①、②两式,可得:
“和平号”空间站已于今年3月23日成功地坠落在太平洋海域,坠落过程可简化为从一个近圆轨道(可近似看作圆轨道)开始,经过与大气摩擦,空间站的绝大部分经过升温、熔化,最后汽化面销毁,剩下的残片坠入大海。此过程中,空间站原来的机械能中,除一部分用于销毁和一部分被残片带走外,还有一部分能量通过其他方式散失(不考虑坠落过程中化学反应的能量)(1)试导出以下各物理量的符号表示散失能量的公式。
(2)算出的数值。(结果保留两位有效数字)
坠落开始时空间站的质量;
轨道离地的高度为h=146Km,地球半径;
坠落窨范围内重力加速度可看作;
入海残片的质量;
入海残片的温升高;
入海残片的入海速度为声速;
空间站材料每1千克升温1K平均所需能量 J;
每销毁1千克材料平均所需能量J。
解:(1)根据题给条件,从近圆轨道到地面的空间中重力加速度g=10m/s2。若以地面为重力势能零点,坠落过程开始时空间站在近圆轨道的势能为:
①
以v表示空间站在近圆轨道上的速度,由牛顿定律可得
②
其中r为轨道近半径,若以RM表示地球半径,则
③
由②③式可得空间站在近圆轨道上的动能为:
④
由①④式得,在近圆轨道上空间站的机械能
⑤
在坠落过程中,用于销毁部分所需的能量为
用于残片升温所需的能量
残片的动能为
以E表示其他方式散失的能量,则由能量守恒的
由此得
(2)以题给数据代入得
在一密封的啤酒瓶中,下方为溶有CO2的啤酒,上方为纯CO2气体,在20℃时,溶液于啤酒中的CO2的质量为mA=1.050×10-3Kg,上方气体状态CO2质量为mB=0.137×10-3Kg,压强为P0=1个大气压,当温度升高到40℃时,啤酒中溶解的CO2的质量减少,变为,瓶中气体CO2的压强上升到P1,已知。啤酒的体积不因溶入CO2而变化,且不考虑容器体积和啤酒体积随温度变化,又知对同种气体,在体积不变的情况下P/T与m成正比,试计算P1等于多少标准大气压(结果保留两位有效数字)。
解:在40℃时,溶入啤酒的CO2的质量为
因质量守恒,其态CO2的质量为
由题设,
由于对同种气体,体积不变时,与
成正比,可得由以上各式解得
算得标准大气压
一个圆柱形的竖直的井里存有一定量的水,井的侧面和底部是密闭的,在井中固定地插着一根两端开口的薄壁圆管,管和井共轴,管下端未触及井底,在圆管内有一不漏气的活塞,它可沿圆管上下滑动,开始时,管内外水面相齐,且活塞恰好触及水面,如图所示,现用卷扬机通过绳子对活塞施加一个向上的力F,使活塞缓慢向上移动,已知管筒半径r=0.100m,井的半径R=2r,水的密度ρ=1.00×103Kg/m3,大气压强为P0=1.00×103Pa,求活塞上升H=9.00m的过程中拉力F所做的功。(井和管在水面以上及水面以下的部分足够长,不计活塞质量,不计摩擦,重力加速度g=10m/s2)。
解:从开始提升到活塞 升至内外水面高度差为的过程中,活塞始终与管内液体接触。(再提生活塞时,活塞和水面之间将出现真空,另行讨论。)设活塞上升距离为h1,管外液面下降距离为h2。
因液体体积不变,有
得
题给H=9m>h1,由此可知确实有活塞下面是真空的一段过程。
活塞移动距离从零到h1的过程中,对于水和活塞这个整体,其机械能的增量应等于除重力以外其它力所作的功,因为始终无动能,所以机械能的增量也就等于重力势能增量,即
其他力有管内、外的大气压力和拉力F,因为液体不可压缩,
所以管内、外大气压力做的总功
故外力做功就只是拉力F做的功,由功能关系知
即
活塞移动距离从h1到H的过程中,液面不变,F是恒力做功
所求拉力F做的总功为
图1中E为电源,其电动势为ε,R1为滑线变阻器,R2为电阻箱,A为电流表,用此电路,经以下步骤可近似得A的内阻RA:①闭合K1,断开K2,调节R1使电流表读数等于其量程I0;②保持R1不变,闭合K2,调节R2,使电流表读数等于I0/2,然后读出R2的值,取
(1)按图1 所示电路在图2中所给的实物图中画出连接导线。
(2)真实值和测量值之差除以真实值叫测量结果的相对误差,即,试导出它与电动势ε,电流表量程I0及电流表内阻RA的关系式。
(3)若I0=10mA,真实值RA约为30Ω,要想使测量结果相对误差不大于5%,电源电动势最小应为多少伏?
解:(1)连线如图示
(2)由步骤①得 ①
由步骤②得 ②
解得 ③
(3)6v
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