⑵在情况⑴中金属杆始终保持不动,当t= t1秒末时,求水平拉力的大小。
⑶若从t=0时刻起,磁感应强度逐渐减小,当金属杆在框架上以恒定速度v向右做匀速运动时,可使回路中不产生感应电流。写出磁感应强度B与时间t的函数关系式。
解(1)设瞬时磁感应强度为B ,由题意得 ① (1分)
产生感应电动势为 ② (3分)
根据闭合电路欧姆定律得,产生的感应电流 ③ (3分)
(2)由题意,根据二力平衡,安培力等于水平拉力,即 ④(1分)
⑤ (3分)
由①③⑤得 ,所以 (2分)
(3)回路中电流为0,说明磁感应强度逐渐减小产生的感应电动势E和金属杆运动产生的感应电动势
相反,即
,则有
(4分) 解得 (2分)
例7(19分)如图,在x轴上方有磁感强度大小为B,方向垂直纸面向里的匀强磁场。x轴下方有磁感强度大小为B/2,方向垂直纸面向外的匀强磁场。一质量为m、电量为–q的带电粒子(不计重力),从x轴上O点以速度v0垂直x轴向上射出。求:(1)经多长时间粒子第三次到达x轴。(初位置O点为第一次)(2)粒子第三次到达x轴时离O点的距离。
解:
(1)粒子运动轨迹示意图如右图 (2分)
由牛顿第二定律
① (4分)
② (2分)
得 T1 = (2分)
T2 = (2分)
粒子第三次到达x轴需时间 t = (1分)
(2)由①式可知 r1 = (2分)
r2 = (2分)
粒子第三次到达x轴时离O点的距离s = 2r1 2r2 = (2分)
例8、如图所示,在第I象限范围内有垂直xOy平面的匀强磁场,磁感应强度为B。质量为m、电量大小为q的带电粒子(不计重力),在axy平面里经原点O射入磁场中,初速度为v0,且与x轴成60°角,试分析计算:
(1)带电粒子从何处离开磁场?穿越磁场时运动方向发生的偏转角多大? (2)带电粒子在磁场中运动时间多长?
解:带电粒子若带负电荷,进入磁场后将向 x 轴偏转,从
A点离开磁场;若带正电荷,进入磁场后将向 y 轴偏转,从B点离开磁场;如图所示.带电粒子进
入磁场后作匀速圆周运动,轨迹半径均为 .圆心位于过O点与v0垂直的同一条直线上,
O1O=O2O=O1A=O2B=R,带电粒子沿半径为R的圆周运动一周的时
间为 .
(1)粒子若带负电荷,进入磁场后将向 x 轴偏转,从A点离开磁场,运动方向发生的偏角为:
θ1=2θ=2×600=1200。
A点到原点O的距离为:
粒子若带正电荷,进入磁场后将向 y 轴偏转,在B点离开磁场;运动方向发生的偏角为: θ2=2(900-θ)=2×300=600。
B点到原点O的距离为:
(2)粒子若带负电荷,进入磁场后将向 x 轴偏转,从A点离开磁场,运动的时间为:
粒子若带正电荷,进入磁场后将向 y 轴偏转,在B点离开磁场;运动的时间为:
例9、右图是科学史上一张著名的实验照片,显示一个带电粒子在云室中穿过某种金属板运动的径迹。云室旋转在匀强磁场中,磁场方向垂直照片向里。云室放的金属板对粒子的运动起阻碍作用。分析此径迹可知A. 带正电,由下往上运动 B. 带正电,由上往下运动 C. 带负电,由上往下运动 D. 带负电,由下往上运动 答案: A。
中横粒子
解析:粒子穿过金属板后,速度变小,由半径公式r?mv可知,半径变小,粒子运动方向为由下向qB上;又由于洛仑兹力的方向指向圆心,由左手定则,粒子带正电。选A。
例10、如图所示,固定位置在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为d,其右端接有阻值为R的电阻,整个装置处在竖直向上磁感应强度大小为B的匀强磁场中。一质量为m(质量分布均匀)的导体杆ab垂直于导轨放置,且与两导轨保持良好接触,杆与导轨之间的动摩擦因数为u。现杆在水平向左、垂直于杆的恒力F作用下从静止开始沿导轨运动距离L时,速度恰好达到最大(运动过程中杆始终与导轨保持垂直)。设杆接入电路的电阻为r,导轨电阻不计,重力加速度大小为g。则此过程
A.杆的速度最大值为
B.流过电阻R的电量为
C.恒力F做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的变化量 D.恒力F做的功与安倍力做的功之和大于杆动能的变化量 答案BD
B2d2vm?F??mg??R?r?,A错;
?0得vm?【解析】当杆达到最大速度v时,F??mg?B2d2R?rm