如右圖甲所示,間距為d的平行金屬板MN與一對光滑的平行導軌相連,平行導軌間距L=d/2，一根導體棒ab以一定的初速度向右勻速運動，棒的右側存在一個垂直紙面向里，大小為B的勻強磁場。棒進入磁場的同時，粒子源P釋放一個初速度為0的帶電粒子，已知帶電粒子質(zhì)量為m,電量為q.粒子能從N板加速到M板，并從M板上的一個小孔穿出。在板的上方，有一個環(huán)形區(qū)域內(nèi)存在大小也為B，垂直紙面向外的勻強磁場。已知外圓半徑為2d， 里圓半徑為d.兩圓的圓心與小孔重合（粒子重力不計）

（1）判斷帶電粒子的正負，并求當ab棒的速度為v0時，粒子到達M板的速度v；

（2）若要求粒子不能從外圓邊界飛出，則v0的取值范圍是多少？

（3）若棒ab的速度v0只能是，則為使粒子不從外圓飛出，則可以控制導軌區(qū)域磁場的寬度S（如圖乙所示），那該磁場寬度S應控制在多少范圍內(nèi)

 

【答案】

(1)  (2)  (3)

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)右手定則知，a端為正極，故帶電粒子必須帶負電（1分）

ab棒切割磁感線，產(chǎn)生的電動勢①（2分）

對于粒子，據(jù)動能定理：②（2分）

聯(lián)立①②兩式，可得③（1分）

（2）要使粒子不從外邊界飛出，則粒子最大半徑時的軌跡與外圓相切

根據(jù)幾何關系： ④  即（2分）

而⑤（2分）

聯(lián)立③④⑤可得（1分）

故ab棒的速度范圍：（1分）

（3），故如果讓粒子在MN間一直加速，則必然會從外圓飛出，所以如果

能夠讓粒子在MN間只加速一部分距離，再勻速走完剩下的距離，就可以讓粒子的速度變小

了。  （1分）

設磁場寬度為S0時粒子恰好不會從外圓飛出，此情況下

由④⑤可得粒子射出金屬板的速度……⑥  （2）

粒子的加速度：⑦（1分）

解得：

對于棒ab：S0（1分）

故磁場的寬度應 （1分）

考點：考查了帶電粒子在電磁場中的綜合應用，動能定理的綜合應用，難度較大

 

練習冊系列答案
相關習題

科目：高中物理 來源： 題型：

如圖甲所示，為水平放置的足夠長的平行光滑導軌，導軌間距，導軌左端連接一個R=2的電阻，將一根質(zhì)量的金屬棒垂直地放置導軌上，且與導軌接觸良好，導軌與金屬棒的電阻均不計，整個裝置放在磁感強度B=2T的勻強磁場中，磁場方向垂直于導軌平面向下，現(xiàn)對金屬棒施加一水平向右的拉力F，并保持拉力的功率恒為P=8W，使棒從靜止開始向右運動。已知從金屬棒開始運動直至達到穩(wěn)定速度的過程中電阻R產(chǎn)生的熱量。試解答以下問題：

（1）金屬棒達到的穩(wěn)定速度是多少？

（2）金屬棒從開始運動直至達到穩(wěn)定速度所需的時間是多少？

（3）金屬棒從開始運動直至達到穩(wěn)定速度的過程中所產(chǎn)生的平均感應電動勢可在什么數(shù)值范圍內(nèi)取值？

（4）在乙圖中畫出金屬棒所受的拉力F隨時間變化的大致圖像。

查看答案和解析>>

科目：高中物理 來源： 題型：

如圖甲所示，為水平放置的足夠長的平行光滑導軌，導軌間距，導軌左端連接一個R=2的電阻，將一根質(zhì)量的金屬棒垂直地放置導軌上，且與導軌接觸良好，導軌與金屬棒的電阻均不計，整個裝置放在磁感強度B=2T的勻強磁場中，磁場方向垂直于導軌平面向下，現(xiàn)對金屬棒施加一水平向右的拉力F，并保持拉力的功率恒為P=8W，使棒從靜止開始向右運動。已知從金屬棒開始運動直至達到穩(wěn)定速度的過程中電阻R產(chǎn)生的熱量。試解答以下問題：

（1）金屬棒達到的穩(wěn)定速度是多少？

（2）金屬棒從開始運動直至達到穩(wěn)定速度所需的時間是多少？

（3）金屬棒從開始運動直至達到穩(wěn)定速度的過程中所產(chǎn)生的平均感應電動勢可在什么數(shù)值范圍內(nèi)取值？

（4）在乙圖中畫出金屬棒所受的拉力F隨時間變化的大致圖像。

 

查看答案和解析>>

科目：高中物理 來源：2010-2011學年內(nèi)蒙古高三第一次模擬考試（理綜）物理部分 題型：計算題

如圖甲所示，為水平放置的足夠長的平行光滑導軌，導軌間距，導軌左端連接一個R=2的電阻，將一根質(zhì)量的金屬棒垂直地放置導軌上，且與導軌接觸良好，導軌與金屬棒的電阻均不計，整個裝置放在磁感強度B=2T的勻強磁場中，磁場方向垂直于導軌平面向下，現(xiàn)對金屬棒施加一水平向右的拉力F，并保持拉力的功率恒為P=8W，使棒從靜止開始向右運動。已知從金屬棒開始運動直至達到穩(wěn)定速度的過程中電阻R產(chǎn)生的熱量。試解答以下問題：

（1）金屬棒達到的穩(wěn)定速度是多少？

（2）金屬棒從開始運動直至達到穩(wěn)定速度所需的時間是多少？

（3）金屬棒從開始運動直至達到穩(wěn)定速度的過程中所產(chǎn)生的平均感應電動勢可在什么數(shù)值范圍內(nèi)取值？

（4）在乙圖中畫出金屬棒所受的拉力F隨時間變化的大致圖像。

 

查看答案和解析>>

科目：高中物理 來源： 題型：

如右圖甲所示,間距為d的平行金屬板MN與一對光滑的平行導軌相連,平行導軌間距L=d/2，一根導體棒ab以一定的初速度向右勻速運動，棒的右側存在一個垂直紙面向里，大小為B的勻強磁場。棒進入磁場的同時，粒子源P釋放一個初速度為0的帶電粒子，已知帶電粒子質(zhì)量為m,電量為q.粒子能從N板加速到M板，并從M板上的一個小孔穿出。在板的上方，有一個環(huán)形區(qū)域內(nèi)存在大小也為B，垂直紙面向外的勻強磁場。已知外圓半徑為2d， 里圓半徑為d.兩圓的圓心與小孔重合（粒子重力不計）

（1）判斷帶電粒子的正負，并求當ab棒的速度為v0時，粒子到達M板的速度v；

（2）若要求粒子不能從外圓邊界飛出，則v0的取值范圍是多少？

（3）若棒ab的速度v0只能是，則為使粒子不從外圓飛出，則可以控制導軌區(qū)域磁場的寬度S（如圖乙所示），那該磁場寬度S應控制在多少范圍內(nèi)

查看答案和解析>>

同步練習冊答案