4.(18分)如图所示,两平行金属板A、B长l=8cm,两板间距离d=8cm,A板比B板电势高300V,即UAB=300V。一带正电的粒子电量q=10-10­C,质量m=10-20­kg,从R点沿电场中心线垂直电场线飞入电场,初速度v0=2×106m/s,粒子飞出平行板电场后经过界面MN、PS间的无电场区域后,进入匀强磁场区域,磁场方向垂直纸面向里。已知两界面MN、PS相距为L=12cm,粒子穿过界面PS最后垂直打在放置于中心线上的荧光屏EF上。求(静电力常数k=9×109­N·m2/C2)

(1)粒子穿过界面PS时偏离中心线RO的距离多远?

(2)求磁感应强度。

答案.(18分)解:⑴设粒子从电场中飞出时的侧向位移为h, 穿过界面PS时偏离中心线OR的距离为y

则:h=           (1分) 

又              (2分)

 即:        (1分)

代入数据,解得:     h=0.03m      (1分)

带电粒子在离开电场后将做匀速直线运动,由相似三角形知识得:

          (2分)

代入数据,解得:   y=0.12m      (1分)

⑵设粒子从电场中飞出时沿电场方向的速度为vy,则:vy=at=

代入数据,解得:vy=1.5×106m/s           (2分)

所以粒子从电场中飞出时的速度大小为:

          (2分)

设粒子从电场中飞出时的速度方向与水平方向的夹角为θ,则:

                (2分)

因为粒子穿过界面PS后作匀速圆周运动,垂直打在放置于中心线上的荧光屏上,其半径与速度方向垂直。

由几何知识得,匀速圆周运动的半径:

         (2分)

由:           (1分)

代入数据,解得:   B=1.67×10-3 T     (1分)

4.如图甲所示,相距为L的光滑平行金属导轨水平放置,导轨一部分处在以OO′为右边界的匀强磁场中,匀强磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直导轨平面向下,导轨右侧接有定值电阻R,导轨电阻忽略不计,在距边界OO′也为L的初始位置处,垂直导轨旋转一质量为m、电阻为r的金属杆。

(1)若ab杆在恒力作用下由静止开始向右运动3L距离,其速度--位移的关系图像如图乙所示,求此过程中电阻R上产生的焦耳热Q1和ab杆最小加速度a的大小。

(2)若ab杆固定在轨道上的初始位置,磁场的磁感应强度按规律变化(T为恒量,但未知),在由零增大到B0的周期内全电路产生的焦耳热为Q2,求磁感应强度的变化周期T。

 

答案:(共18分)

(1)杆在磁场中由起始位置发生位移L的过程中,根据功能关系,恒力F做的功等于ab杆增加的动能与回路产生的焦耳热之和,则(2分)

杆离起始位置的位移从L到3L的过程中,由动能定理可得

(1分)

联立解得(1分)

由电路性质可知,R产生的热量(2分)

杆在磁场运动时,水平方向上受安培力F安和恒力F作用;杆从L运动到3L的过程中,水平方向上只受恒力F作用

由牛顿第二定律可得F-F安=(1分)

所以杆最小加速度只能在磁场中

安培力为:(1分)

解得(1分)

在磁场中最大,所以最小加速度(2分)

(2)当磁场的感应强度按规律变化时,闭合回路的磁通量的变化规律为:(2分)

不同情况下,只要穿过同一线圈的磁通量随时间变化规律相同,那么所产生的感应电动势一定相等。

因为此过程中穿过线圈的磁通量变化规律与面积为L2的线圈在匀强磁场B0中以角速度匀速转动的规律相同,所以感应电动势相同。(2分)

其感应电动势的最大值为:

(1分)

磁感应可度由零增大到B0,经历四分之一周期,此过程中全电路产生的焦耳热

(1分)

解得(1分)

 0  268794  268802  268808  268812  268818  268820  268824  268830  268832  268838  268844  268848  268850  268854  268860  268862  268868  268872  268874  268878  268880  268884  268886  268888  268889  268890  268892  268893  268894  268896  268898  268902  268904  268908  268910  268914  268920  268922  268928  268932  268934  268938  268944  268950  268952  268958  268962  268964  268970  268974  268980  268988  447090 

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