Question

（20分）如圖甲，在圓柱形區(qū)域內(nèi)存在一方向豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場，在此區(qū)域內(nèi)，沿水平面固定一半徑為r的圓環(huán)形光滑細(xì)玻璃管，環(huán)心0在區(qū)域中心。一質(zhì)量為m、帶電量為q（q>0）的小球，在管內(nèi)沿逆時針方向（從上向下看）做圓周運動。已知磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B隨時間t的變化關(guān)系如圖乙所示，其中。設(shè)小球在運動過程中電量保持不變，對原磁場的影響可忽略。

（1）在t=0到t=T₀這段時間內(nèi)，小球不受細(xì)管側(cè)壁的作用力，求小球的速度大小；
（2）在豎直向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度增大過程中，將產(chǎn)生渦旋電場，其電場線是在水平面內(nèi)一系列沿逆時針方向的同心圓，同一條電場線上各點的場強(qiáng)大小相等。試求t=T₀到t=1.5T₀這段時間內(nèi)：
①細(xì)管內(nèi)渦旋電場的場強(qiáng)大小E；
②電場力對小球做的功W。

Answer 1

；；

（1）小球做圓周運動向心力由洛倫磁力提供：設(shè)速度為v,有： 解得：
（2）在磁場變化過程中，圓管所在的位置會產(chǎn)生電場，根據(jù)法拉第感應(yīng)定律可知，電勢差
電場處處相同，認(rèn)為是勻強(qiáng)電場則有： 又因為
得到場強(qiáng)
（3）、小球在電場力的作用下被加速。加速度的大小為：
而電場力為：
在T₀—1.5T₀時間內(nèi)，小球一直加速，最終速度為
電場力做的功為：
得到電場力做功：