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模型简单题难做!

本主题由 睦睦 于 2008-5-5 17:53 加入精华

模型简单题难做!

在一竖直平面内有一无穷大的水平向纸里的匀强磁场,有一重为mg的带正电小球,从静止开始下落,不计一切阻力。电量为q保持不变,问小球最终做何运动?

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平抛?

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织雨清风 于 2006-12-26 11:43 在大作中提到:
在一竖直平面内有一无穷大的水平向纸里的匀强磁场,有一重为mg的带正电小球,从静止开始下落,不计一切阻力。电量为q保持不变,问小球最终做何运动?

高中的题目?

  

  

  

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老武 于 2006-12-26 16:30 在大作中提到:
[tr]织雨清风 于 2006-12-26 11:43 在大作中提到:
在一竖直平面内有一无穷大的水平向纸里的匀强磁场,有一重为mg的带正电小球,从静止开始下落,不计一切阻力。电量为q保持不变,问小球最终做何运动?

高中的题目?

  

  

  

[/tr]
是我的一块心病。

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摆线

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廖老头 于 2006-12-27 14:36 在大作中提到:
摆线

是最速降线问题?

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廖老头 于 2006-12-27 14:36 在大作中提到:
摆线

摆线的另一个点在哪?

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感觉好象是水平面内的匀速直线运动

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最后竖直方向上qvB=mg做水平匀速运动

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不可能做匀速运动的

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织雨清风 于 2006-12-27 15:22 在大作中提到:
[tr]廖老头 于 2006-12-27 14:36 在大作中提到:
摆线

是最速降线问题?[/tr]
就是最速降线问题。

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灵·感 于 2006-12-28 07:21 在大作中提到:
[tr]织雨清风 于 2006-12-27 15:22 在大作中提到:
[tr]廖老头 于 2006-12-27 14:36 在大作中提到:
摆线

是最速降线问题?[/tr]
就是最速降线问题。[/tr]
给个理由,或给出摆线的另一个端点好吗?
我也比较同意是摆线。但问题是只能凭感觉。

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敲玉余韵与廖老师的解释很到位,别影响大家的视野。
我还是删改一下好。

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如图,设静止时分别有水平向左和向右的速度v,且
Bqv=mg,即v=mg/Bq
分运动:以v水平向右作匀速直线运动(红色)
        以v作匀速圆围运动(绿色)
合运动:摆线(蓝色)

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[tr]
[td] 于 2006-12-28 10:04 在大作中提到:[/td]
[/tr][tr]如图,设静止时分别有水平向左和向右的速度v,且
Bqv=mg,即v=mg/Bq
分运动:以v水平向右作匀速直线运动(红色)
        以v作匀速圆围运动(绿色)
合运动:摆线(蓝色)

[/tr]
首先非常感谢敲玉余韵老师,能把一个速度为0的运动分解为两个等大反向的运动。的确让人耳目一新。这算不算是运动的独立性的一个体现呢?
还有一事不明:你这里的摆线好象有意让它向下斜,不知是笔误呢还是留有余地?我看按您的理论应该在同一高度的!

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这是用仿真物理实验室模拟的

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yjiqvss 于 2006-12-28 18:28 在大作中提到:
这是用仿真物理实验室模拟的


非常感谢!这样就彻底解决了我的疑问了。
这个应该是最后的结论了!对参与这个问题的所有老师,我真心的道一声谢谢了!

  

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只是一个实验验证问题就算解决了吗?
我以前解决此问题是用微分方程,今年初在咱们网上看到一个分析,可能大家还记得。原题是一个电子在互相正交的电场E,和磁场B外垂直于电、磁场的方向一速度v=2E/B射入此场,问其将做何运动?该分析我觉得很巧妙,即把电子的运动分解为两个,一个沿原速度方向v1=E/B则此运动所受罗伦兹力与电场力平衡,而剩下的另一个v2=E/B则在磁场中做圆周运动,合成为一个摆线运动。

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这个分解方法很妙啊,那这个问题也可以根据初始条件分解为向右的匀速直线和逆时针的匀速圆周运动来得到摆线轨迹。
至于您用微分方程的解决方法,能不能再把它找出来?

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这个问题见于早些年某些参考资料中,而为了高中生能解题,都假设粒子最后的运动方向是水平的。
粒子运动轨迹是很复杂的。我们可以列出牛顿定律方程求解。见下面图中

由方程大概能得出一个周期性的运动轨迹,类似于yjiqvss用仿真物理实验室所做的图线。
轨迹的凹陷程度与 mg 与qB的比值有关,一般说来 mg越大,图像越深,周期越长。
问题是这个问题如何给高中生讲,能不能给他们讲。
我想了一个办法,请大家指教:
由于存在着不在竖直方向的洛伦兹力,故图像必向水平方向偏弯。最终会出现一个速度为水平方向的拐点。如图(1)。
在这个位置上,如果发生时间反演,粒子以相同的反向速度反方向运动回去,在各个时刻,粒子的速度、受力和加速度,必然与原先相同。于是,粒子将按原来的轨迹反向运动,两个运动轨迹重合(图2)。
如果在拐点时粒子按原来的方向运动,那么在此后的运动中,每一位置每一时刻的速度、受力和加速度都将和原来对称(镜像对称)。于是粒子运动的轨迹也将与原来的轨迹镜像对称,出现类似于yjiqvss所做的图线。(图3)
这个解释中用了对称的思想,也许更深刻和“时耄”。


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曾用类似讲法,高中同学能明白。
但问题是:由于可能B、q、m的强弱大小不同,在最低点时恰f=F,方向相反且在一直线上.有否此可能?如可能,“感觉好象是水平面内的匀速直线运动 ”不也成立?

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不可能出现水平匀速运动的情况

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[td]redeyes 于 2006-12-31 20:08 在大作中提到:[/td]
[/tr][tr]曾用类似讲法,高中同学能明白。
但问题是:由于可能B、q、m的强弱大小不同,在最低点时恰f=F,方向相反且在一直线上.有否此可能?如可能,“感觉好象是水平面内的匀速直线运动 ”不也成立?
[/tr]
不可能出现这种情况。

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呵呵!
我现在是学生.
老师们教研是教研了,
理论是理论了,
争论是争论了,
热闹是热闹了,
完了?
就这样进教室讲?
这只是某练习里的一个题
讲它一二节课,
管他听得懂听不懂.
这可是高中题
K12是中学论坛吧?
在中学论坛里对高中生怎么讲;
到教室里对高中生怎么讲;
才是教研、理论、争论、热闹的落脚点吧!
没落脚点
就这样浮着?
不是教师的高手们,没事儿
是教师的高手们:
我现在是学生
在问呢!
不要用
言之不确或不可能的来回答!

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[tr]
[td]redeyes 于 2007-01-02 09:27 在大作中提到:[/td]
[/tr][tr]呵呵!
我现在是学生.
老师们教研是教研了,
理论是理论了,
争论是争论了,
热闹是热闹了,
完了?
就这样进教室讲?
这只是某练习里的一个题
讲它一二节课,
管他听得懂听不懂.
这可是高中题
K12是中学论坛吧?
在中学论坛里对高中生怎么讲;
到教室里对高中生怎么讲;
才是教研、理论、争论、热闹的落脚点吧!
没落脚点
就这样浮着?
不是教师的高手们,没事儿
是教师的高手们:
我现在是学生
在问呢!
不要用
言之不确或不可能的来回答![/tr]
首先我想您不是学生,您主要是想问应该怎样给学生将明白.这我在上面的帖子已经说了.把带电粒子(或微粒)的运动分解成两个一个与电场力垂直大小为E/B.使其所受的罗伦兹力恰与电场力平衡,则另一个在罗伦兹力的作用下做圆周运动,因此粒子的运动为这两个运动的合成.

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[tr]
[td]廖老头 于 2007-01-02 11:06 在大作中提到:[/td]
[/tr][tr]
首先我想您不是学生,您主要是想问应该怎样给学生将明白.这我在上面的帖子已经说了.把带电粒子(或微粒)的运动分解成两个一个与电场力垂直大小为E/B.使其所受的罗伦兹力恰与电场力平衡,则另一个在罗伦兹力的作用下做圆周运动,因此粒子的运动为这两个运动的合成.[/tr]
做学生也蛮好,
就是越听越糊涂,
这题那来的电场力呀?
离原题了......
还有呢!.....

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[tr]
[td]紫藤萝兰 于 2007-01-01 19:03 在大作中提到:[/td]
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[td][tr]redeyes 于 2006-12-31 20:08 在大作中提到:[/td]
[/tr][tr]曾用类似讲法,高中同学能明白。
但问题是:由于可能B、q、m的强弱大小不同,在最低点时恰f=F,方向相反且在一直线上.有否此可能?如可能,“感觉好象是水平面内的匀速直线运动 ”不也成立?
[/tr]
不可能出现这种情况。[/tr]
为什么??

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本题如果不用运动的分解,可以求出小球下落的最大高度。
所以当小球下落高度h后达到最低点时,此时速度方向一定为水平,设为V,由于洛仑兹力不做功,所以小球的动能完全来自于重力的做功:
(1/2)mV²=mgh
设下落过程中洛仑兹力的水平分力F1,则此力与小球的竖直速度v2成正比,即F1=qv2B
求等式两边对时间的积分:∫F1dt=∫qv2Bdt=qB∫v2dt
等式左边即洛仑兹力的水平分力的冲量,等于小球最后的动量mV,而等式右边等于qBh,即mV=qBh
此式与上式联立,可解出h和V

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redeyes 老师说的练习是哪里的练习?这种题目我在竞赛资料里面才看见了....
天涯 老师的微积分解法貌似并不能求出当粒子到达最低点的时候在水平方向上的位移,又如何求出这个水平位移呢?一定得用运动分解的方法了?
还有 廖老头 老师的微分方程的解法又是如何的呢?期待ING...
顺便问一下什么叫最速降落?

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[td]RX 于 2007-01-02 03:52 在大作中提到:[/td]
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[td][tr]紫藤萝兰 于 2007-01-01 19:03 在大作中提到:[/td]
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[td][tr]redeyes 于 2006-12-31 20:08 在大作中提到:[/td]
[/tr][tr]曾用类似讲法,高中同学能明白。
但问题是:由于可能B、q、m的强弱大小不同,在最低点时恰f=F,方向相反且在一直线上.有否此可能?如可能,“感觉好象是水平面内的匀速直线运动 ”不也成立?
[/tr]
不可能出现这种情况。[/tr]
为什么??[/tr]
如果出现这种情况,用时间反演法就回不去了

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