如图(甲)所示,两水平放置的平行金属板C、D相距很近,上面分别开有小孔O和,水平放置的平行金属导轨P、Q与金属板C、D接触良好,且导轨在磁感应强度为B1=10T的匀强磁场中,导

◎ 题目

如图(甲)所示,两水平放置的平行金属板C、D相距很近,上面分别开有小孔O和,水平放置的平行金属导轨P、Q与金属板C、D接触良好,且导轨在磁感应强度为B1=10T的匀强磁场中,导轨间距L=0.50m.金属棒AB紧贴着导轨沿平行导轨方向在磁场中做往复运动.其速度图像如图(乙),若规定向右运动速度方向为正方向,从t=0时刻开始,由C板小孔O处连续不断飘入质量为m=3.2×10-21kg、电量q=1.6×10-19C的带正电的粒子(设飘入速度很小,可视为零).在D板外侧有以MN为边界的匀强磁场B2=10T,MN与D相距d=10cm,B1和B2方向如图(甲)所示(粒子重力及其相互作用不计),求:

(1)0~4.0s时间内哪些时刻发射的粒子能穿过电场并飞出磁场边界MN?
(2)粒子从边界MN射出来的位置之间最大的距离为多少?
 

◎ 答案

(1) 0.25s<t<1.75s.
(2)7.3cm.

◎ 解析

(1)只有当CD下正上负使其间电场向上,即AB棒向右运动时,粒子才可能从O运动到,而粒子要飞出磁场边界MN的最小速度v0必须满足
d=
  设CD间电压为U,则qU=
  由①②解得U=25V.
  AB棒切割磁感线产生电动势为E,则
              U=E=B1Lv,解得v=5m/s.
  所以根据图(乙)可以推断得出:
  0.25s<t<1.75s.
  (2)当AB棒速度最大,即=20m/s时,产生感应电动势为,可得
=B1L=100V.
  此时带电粒子经加速后速度为v,根据动能定理,有
                qmv2
  解得          v=100m/s.
  此时带电粒子的轨道半径为
=0.2m.
  出射点与的水平距离为
x==0.027m=2.7cm.
  粒子从边界MN射出来的位置间最大距离为
                 s=d-x=7.3cm.

◎ 知识点

    专家分析,试题“如图(甲)所示,两水平放置的平行金属板C、D相距很近,上面分别开有小孔O和,水平放置的平行金属导轨P、Q与金属板C、D接触良好,且导轨在磁感应强度为B1=10T的匀强磁场中,导…”主要考查了你对  【电磁感应现象的综合应用】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。

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