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必修1
第二章 匀变速直线运动的研究
2.4 匀变速直线运动的速度与位移的关系
匀变速直线运动的速度位移公式
如图所示,竖直放置的两块很大的平行金属板$a$、$b$,相距为$d$,$ab$间的电场强度为$E$,今有一带正电的微粒从$a$板下边缘以初速度$v_{0}$竖直向上射入电场,当它飞到$b$板时,速度大小不变,而方向变成水平方向,且刚好从高度也为$d$狭缝穿过$b$板而进入$bc$区域,$bc$宽度也为$d$,所加电场大小为$E$,方向竖直向上,磁感应强度方向垂直纸面向里,磁感应强度大小等于$\dfrac{E}{v_{0}}$,重力加速度为$g$,则下列关于粒子运动的有关说法正确的是$(\qquad)$
粒子在$ab$区域中做匀变速运动,运动时间为$\\dfrac{v_{0}}{g}$
","粒子在$bc$区域中做匀速圆周运动,圆周半径$r=2d$
","粒子在$bc$区域中做匀速圆周运动,运动时间为$\\dfrac{\\pi d}{6v_{0}}$
","粒子在$ab$、$bc$区域中运动的总时间为$\\dfrac{(\\pi+6)d}{3v_{0}}$
"]$\rm A$、将粒子在电场中的运动沿水平和竖直方向正交分解,水平分运动为初速度为零的匀加速运动,竖直分运动为末速度为零的匀减速运动,根据运动学公式,有:
水平方向:$v_{0}=at$,$d= \dfrac{v_{0}^{2}}{2g}$
竖直方向:$0=v_{0}-gt$
解得$a=g$ ①
$t= \dfrac{v_{0}}{g}$ ②
故$\rm A$正确;
$\rm B$、粒子在复合场中运动时,由于电场力与重力平衡,故粒子做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力$qv_{0}B=m\dfrac{v^{2}}{r}$
解得:$r= \dfrac{mv_{0}}{qB}$ ③
由①②③得到$r=2d$,故$\rm B$正确;
$\rm C$、由于$r=2d$,画出轨迹,如图
由几何关系,得到回旋角度为$30^\circ$,故在复合场中的运动时间为
$t_{2}= \dfrac{T}{12}=\dfrac{\pi m}{6qB}=\dfrac{\pi d}{3v_{0}}$,故$\rm C$错误;
$\rm D$、粒子在电场中运动时间为:$t_{1}= \dfrac{d}{\dfrac{v_{0}}{2}}=\dfrac{2d}{v_{0}}$
故粒子在$ab$、$bc$区域中运动的总时间为:$t=t_{1}+t_{2}= \dfrac{\pi+6}{3v_{0}}d$,故$\rm D$正确;
故选:$\rm ABD$。
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