题目内容
如图所示，一面积为S单匝圆形金属线圈与阻值为R的电阻连结成闭合回路，不计圆形金属线圈及导线的电阻．线圈内存在一个方向垂直纸面向内、磁感应强度均匀增加且变化率为k的磁场Bt．电阻两端并联一对平行金属板M、N，N板右侧xOy坐标系（坐标原点O在N板的下端）的第一象限内，有垂直纸面向外的匀强磁场，磁场边界OA和y轴的夹角∠AOy=45°，AOx区域为无场区．在靠近M板处的P点由静止释放一质量为m，带电量为+q的粒子（不计重力），经过N板的小孔，从Q（0，a）点垂直y轴进入第I象限，经OA上某点离开磁场，最后垂直x轴离开第I象限．求：（1）平行金属MN获得的电压U；
（2）yOA区域匀强磁场的磁感应强度B；
（3）若改变磁感应强度的大小，带电粒子进入磁场偏转后能打到N板的右侧，设粒子与N板碰撞前后电量保持不变并以相同的速率反弹，不计粒子与N板碰撞的作用时间，则带电粒子在磁场中运动的极限时间是多少？
【答案】分析：（1）根据法拉第电磁感应定律，求出闭合电路的电动势即平行金属MN获得的电压U；
（2）正确画出粒子运动的轨迹图，根据几何关系找出粒子运动 的半径的大小，代人公式求得磁场的磁感应强度；
（3）当r′为无穷小，经过n个半圆运动，最后一次打到O点．
解答：解：（1）根据法拉第电磁感应定律，闭合电路的电动势为：
①
因MN与电阻并联，故MN获得的电压：U=UR=E=kS②
（2）带电粒子在MN间做匀加速直线运动，有：
③
带电粒子进入磁场区域运动轨迹如图所示，
有：
④
由几何关系得：r+rtan45°=a⑤
由②③④⑤得：
⑦
（3）设粒子运动圆周半径为r′，
，当r′越小，最后一次打到N板的点的越靠近O点，在磁场中圆周运动累积路越大，时间越长，当r′为无穷小，经过n个半圆运动，最后一次打到O点，有：
⑧
圆周运动周期：
⑨
最长的根限时间：
⑨
由②③⑧⑨⑩式得：
⑩
答：（1）平行金属MN获得的电压kS；（2）yOA区域匀强磁场的磁感应强度
；（3）带电粒子在磁场中运动的极限时间是
．
点评：本题是粒子在磁场中匀速圆周运动和电磁感应的综合．磁场中圆周运动常用方法是画轨迹，由几何知识求半径．
（2）正确画出粒子运动的轨迹图，根据几何关系找出粒子运动 的半径的大小，代人公式求得磁场的磁感应强度；
（3）当r′为无穷小，经过n个半圆运动，最后一次打到O点．
解答：解：（1）根据法拉第电磁感应定律，闭合电路的电动势为：
①因MN与电阻并联，故MN获得的电压：U=UR=E=kS②
（2）带电粒子在MN间做匀加速直线运动，有：
③带电粒子进入磁场区域运动轨迹如图所示，
有：
④由几何关系得：r+rtan45°=a⑤
由②③④⑤得：
⑦（3）设粒子运动圆周半径为r′，
，当r′越小，最后一次打到N板的点的越靠近O点，在磁场中圆周运动累积路越大，时间越长，当r′为无穷小，经过n个半圆运动，最后一次打到O点，有：⑧圆周运动周期：
⑨最长的根限时间：
⑨由②③⑧⑨⑩式得：
⑩答：（1）平行金属MN获得的电压kS；（2）yOA区域匀强磁场的磁感应强度
；（3）带电粒子在磁场中运动的极限时间是．点评：本题是粒子在磁场中匀速圆周运动和电磁感应的综合．磁场中圆周运动常用方法是画轨迹，由几何知识求半径．
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