加匀强电场后,粒子在磁场中沿直线运动射出PQ边界的条件为电场力的方向与磁场力的方向相反.
所以
,方向垂直磁场方向斜向右下,与磁场边界夹角为
,
,如图答2-2-10所示
(2)经电压U1加速后粒子射入磁场后刚好不能从PQ边界射出磁场,表明在磁场中做匀速圆周运动的轨迹与PQ边界相切,要确定粒子做匀速圆周运动的圆心O的位置,如图答2-2-11所示,圆半径R1与L的关系式为:
【方法链接】 解决带电粒子在匀强磁场中匀速圆周运动问题,关键是确定圆心的位置,正确画出粒子运动的草图,利用几何关系结合运动规律求解. 七:巧用可逆原理解题
【典例7】 某同学在测定玻璃折射率时得到了多组入射角i与折射角r,并作出了sini与sinr的图象如图2-2-12所示.则下列说法正确的是
A. 实验时,光线是由空气射入玻璃 B. 实验时,光线是由玻璃射入空气
C. 利用sini /sinr可求得玻璃的折射率 D. 该玻璃的折射率为1.5
解析:由图象可知入射角的正弦值小于折射角的正弦值.根据折射定律可知光线是从光密介质射向光疏介质,即由玻璃射向空气,B答案正确;根据折射定律n=sini /sinr可求得介质的折射率,但一定要注意此公式一定要满足光线从空气射向介质,而本题中光线是由玻璃射入空气,所以不能直接利用sini /sinr求介质的折射率,根据光路可逆原理,当光线反转时,其传播路径不变,即光从空气中以入射角r射到该玻璃界面上时,折射后的折射角一定为i,根据折射定律可得玻璃的折射率n= sinr / sini=1.5(这里要注意很容易错选C),C错误,D正确.正确答案为B、D.
【方法链接】 在光的反射或折射现象中,光路具有可逆性.即当光线的传播方向反转时,它的传播路径不变.在机械运动中,若没有摩擦阻力、流体的粘滞阻力等耗散力做功时,机械运动具有可逆性.如物体的匀减速直线运动可看作反向的加速度不变的匀加速运动.
八:巧用等效法解题
【典例8】 如图2-2-13所示,已知回旋加速器中,D形盒内匀强磁场的磁感应强度B=1.5 T,盒的半径R=60 cm,两盒间隙d=1.0 cm,盒间电压U=2.0×104 V,今将α粒子从近于间隙中心某点向D形盒内以近似于零的初速度垂直B的方向射入,求粒子在加速器内运行的总时间.
【技巧点拨】 粒子在间隙处电场中每次运动时间不相等,且粒子多次经过间隙处电场,如果分段计算,每一次粒子经过间隙处电场的时间,很显然将十分繁琐.我们注意到粒子离开间隙处电场进入匀强磁场区域到再次进入电场的速率不变,且粒子每在电场中加速度大小相等,所以可将各段间隙等效“衔接”起来,把粒子断断续续在电场中的加速运动等效成初速度为零的匀加速直线运动.
九:巧用对称法解题
【典例9】 一根自由长度为10 cm的轻弹簧,下端固定,上端连一个质量为m的物块P,在P上放一个质量也是m的物块Q.系统静止后,弹簧长度为6 cm,如图2-2-14所示.如果迅速向上移去Q,物块P将在竖直方向做简谐运动,此后弹簧的最大长度为
A.8 cm B.9 cm C.10 cm D.11 cm
解析:移去Q后,P做简谐运动的平衡位置处弹簧长度8 cm,由题意可知刚移去Q时P物体所处的位置为P做简谐运动的最大位移处.即P做简谐运动的振幅为2 cm.当物体P向上再次运动到速度为零时弹簧有最大长度,此时P所处的位置为另一最大位移处,根据简谐运动的对称性可知此时弹簧的长度为10cm,C正确.
【方法链接】在高中物理模型中,有很多运动模型有对称性,如(类)竖直上抛运动的对称性,简谐运动中的对称性,电路中的对称性,带电粒子在匀强磁场中匀速圆周运动中几何关系的对称性.
十:巧用假设法解题
假设法是解决物理问题的一种常见方法,其基本思路为假设结论正确,经过正确的逻辑推理,看最终的推理结果是否与已知条件相矛盾或是否与物理实际情境相矛盾来判断假设是否成立.
【典例10】如图2-2-15,abc是光滑的轨道,其中ab是水平的,bc为与ab相切的位于竖直平面内的半圆,半径R=0.3m.质量m=0.2kg的小球A静止在轨道上,另一质量M=0.6kg,速度V0=5.5m/s的小球B与小球A正碰.已知相碰后小球A经过半圆的最高点C ,落到轨道上距b为
处,重力加速度
g=10m/s2,试通过分析计算判断小球B是否能沿着半圆轨道到达C点.
解析 :A、B组成的系统在碰撞前后动量守恒,碰后A、B运动的过程中只有重力做功,机械能守恒,设碰后A、B的速度分别为V1、V2,由动量守恒定律得
【方法链接】 假设法在物理中有着很广泛的应用,凡是利用直接分析法很难得到结论的问题,用假设法来判断不失为一种较好的方法,如判断摩擦力时经常用到假设法,确定物体的运动性质时经常用到假设法.
十一、巧用图像法解题
【典例11】 部队集合后开发沿直线前进,已知部队前进的速度与到出发点的距离成反比,当部队行进到距出发点距离为d1的A位置时速度为V1,求
(1)部队行进到距出发点距离为d2的B位置时速度为V2是多大? (2)部队从A位置到B位置所用的时间t为多大.
解析:(1)已知部队前进的速度与到出发点的距离成反比,即有公式V=k/d(d为部队距出发点的距离,V为部队在此位置的瞬时速度),根据题意有