如图(甲)所示,一竖直放置的边长为L的正方形导线框,其内有垂直框面向外的均匀变化的磁场,磁场变化如图(乙)所示.导线框两端分别连平行板电容器的两极板M、N,M、N的长度和它

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 感应电动势/2023-04-19 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图(甲)所示,一竖直放置的边长为L的正方形导线框,其内有垂直框面向外的均匀变化的磁场,磁场变化如图(乙)所示.导线框两端分别连平行板电容器的两极板M、N,M、N的长度和它们之间的距离都是d,两平行板所在平面与纸面垂直.
(1)一质子沿M、N两板正中央水平射入,恰好打在N板的中点处.已知质子的质量和电量分别为m、e,求M、N两板间的电压UMN和质子入射的初速度v0
(2)若在M、N间加一垂直纸面的匀强磁场B,质子以初速度v沿两极板的正中央入射时,恰好沿直线通过两板,求M、N间所加磁场B的大小和方向.
(3)若在M、N的右侧有一垂直M、N板的长接收板P,且在接收板与M、N间也存在(2)中所加的同样大小与方向的磁场B,则质子以直线通过M、N板之后恰好没有碰到P板.求M板右端到P板的距离.

魔方格

◎ 答案

(1)设平行板电容器两端的电压是U,
则由法拉第电磁感应定律可得:U=
△Φ
△t
  ①,
由(乙)图可知:
△Φ
△t
=
B0S
t0
  ②,而S=L2  ③,
由①②③式解得:U=
B0L2
t0
 ④,
质子在M、N间做类平抛运动,由平抛运动规律可得:
在水平方向:
1
2
d=v0t    ⑤,
在竖直方向:
1
2
d=
1
2
at2
  ⑥,
由牛顿第二定律和电场力公式可得:e
U
d
=ma
 ⑦,
由以上式子解得:v0=
L
2

eB0
mt0
  ⑧;
(2)质子在M、N板间做匀速直线运动,
它受到电场力和洛仑兹力这一对平衡力作用.
由平衡条件得:evB=e
U
d
  ⑨,
由⑨式解得:B=
B0L2
dvt0
,B的方向垂直纸面向外;
(3)质子恰好没有碰到P板,
魔方格

质子在磁场中做圆周运动的轨迹与P板相切,
由右图可知:evB=m
v2 
R

由几何知识知M板右端到P板的距离:S=R,
由以上两式解得S=
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