题目内容

【题目】如图为某同学设计的速度选择装置,两根足够长的光滑导轨和间距为L与水平面成θ角,上端接阻值为R的电阻,匀强磁场B垂直导轨平面向上,金属棒ab质量为m恰好垂直横跨在导轨上.定值电阻R两端连接水平放置的平行金属板,极板间距为d,板长为2d,磁感强度也为B的匀强磁场垂直纸面向内.粒子源能发射沿水平方向不同速率的带电粒子,粒子的质量为m0,电荷量为q,ab棒的电阻为2R,其余部分电阻不计,不计粒子重力.

(1)ab棒静止未释放时,某种粒子恰好打在上极板中点P上,判断该粒子带何种电荷?该粒子的速度多大?

(2)释放ab棒,求ab棒的最大速度?

(3)当ab棒达到最大速度时,能匀速穿过平行金属板粒子的速度大小?

【答案】(1)正电荷. (2)(3)

【解析】(1)由左手定则可知:该粒子带正电荷.

粒子在磁场中做圆周运动,设半径为r,速度为v0,几何关系有: ,

得

粒子做匀速圆周运动,由

得:

(2)ab棒达到最大速度时做匀速运动: …①,

对回路: …②

由①②得: (3)

当ab棒达到最大速度时,由①式得:

又U=IR

极板电压也为U,粒子匀速运动:

得:

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