题目内容
(16分)一对平行金属板水平放置,板间距离为d,板间有磁感应强度为B的水平向里的匀强磁场,将金属板连入如图所示的电路,已知电源内阻为r,滑动变阻器的总电阻为R,现将开关S闭合,并调节滑动触头P至右端长度为总长度的处,一质量为m、电荷量为q的带电质点从两板正中央左端以某一初速度水平飞入场区,恰好做匀速圆周运动。
(1)求电源的电动势;
(2)若将滑动变阻器的滑动触头P调到R的正中央位置,可以使原带电质点以水平直线从两板间穿过,求该质点进入磁场的初速度v0;
(3)若将滑动变阻器的滑动触头P移到R的最左端,原带电质点恰好能从金属板缘飞出,求质点飞出时的动能。
解析:
(1)因带电质点做匀速圆周运动,故电场力与重力平衡,①(1分)
又②
两板间电场强度③(1分)
两板间电压④(1分)
由闭合电路欧姆定律得,⑤(1分)
由①~⑤得,(2分)
(2)由题意知,电场力竖直向上,故质点带负电,由左手定则得洛伦兹力竖直向下,由平衡条件可得,⑥(2分)
因两极板间电压
故,⑦(2分)
由⑥⑦解得,⑧(1分)
(3)因板间电压变为⑨
故电场力(2分)
由动能定理得,⑩(2分)
由⑧⑨⑩解得(1分)
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