- 新高二物理第四章
新高二物理第四章的内容包括:动量和冲量、冲量与动量变化的联系、火箭、动量定理、碰撞以及反冲运动等。
相关例题:
例题:
一个边长为L的正方形区域内,存在一个水平向右的匀强电场和一个垂直于正方形平面的匀强磁场。正方形区域的边界与电场线平行,磁场的边界与磁场线垂直。已知正方形区域的中心有一个质量为m的小物体,它从顶端A点以一定的初速度沿正方形的对角线方向射入,经过一段时间后,它恰好从对角线的另一端B点离开正方形区域。已知正方形区域的边长为L,磁感应强度为B,小物体带正电,电量为q。求小物体在正方形区域内运动时的初速度大小。
分析:
1. 小物体在电场和磁场中受到电场力和洛伦兹力作用,根据牛顿第二定律和动量守恒定律求解初速度大小。
2. 由于小物体在正方形区域内运动时受到的电场力和洛伦兹力大小相等、方向相反,所以小物体在正方形区域内运动时满足动量守恒定律。
解答:
1. 小物体在电场中受到电场力作用,在磁场中受到洛伦兹力作用。设小物体的初速度大小为v0,方向与正方形的对角线方向夹角为θ(如图所示)。根据题意可知,小物体在电场中做匀减速直线运动,在磁场中做匀速圆周运动。根据牛顿第二定律可得:
Eq = ma (Eq表示电场力大小)
BqvB = m(vB)²/r (r表示小物体做圆周运动的半径)
其中,Eq和Bq分别为电场力和洛伦兹力的大小。由于小物体在正方形区域内运动时受到的电场力和洛伦兹力大小相等、方向相反,所以有Eq = -BqvB。
2. 根据题意可知,小物体从顶端A点射入正方形区域后经过一段时间恰好从对角线的另一端B点离开。由于小物体在电场中做匀减速直线运动,在磁场中做匀速圆周运动,所以小物体在电场中运动的位移和在磁场中运动的周期相等。根据动量守恒定律可得:
mv0 = (m - q)vB (m表示小物体的质量)
其中,m - q表示小物体在磁场中受到洛伦兹力作用后剩余的质量。
综上所述,小物体在正方形区域内运动时的初速度大小为v0 = √(2qBL/m)。
希望这个例题能够帮助你理解并应用动量守恒定律!
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