如图(甲)所示,两水平放置的平行金属板C、D相距很近,上面分别开有小孔 O和O',水平放置的平行金属导轨P、Q
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解题思路:(1)粒子要飞出磁场边界MN,速度最小时,轨迹半径也最小,恰好与MN相切,可得到轨迹半径为d.根据粒子圆周运动的半径r=[mv/qB]求出粒子进入磁场的速度,即为加速获得的末速度,再由动能定理求出加速电压U,由U=ε=B1Lv 求出AB运动的速度,由乙图可求出所求的量.

(2)当AB棒速度最大,产生的感应电动势最大,CD板间电压最大,粒子经加速得到的速度最大,在磁场中轨迹半径也最大,粒子出MN边时,偏转距离最小,根据法拉第定律、动能定理和半径公式结合,并运用几何知识求得粒子从边界MN射出来的位置之间最大的距离.

(1)只有当CD板间的电场力方向向上,即AB棒向右运动时,粒子才可能从O运动到O′,而粒子要飞出磁场边界MN最小速度v0必须满足:粒子在磁场中运动轨迹恰好与MN相切,轨迹半径R=d,则有R=d=

mv0

qB2…①

设CD间的电压为U,则由动能定理得 qU=[1/2m

v20]…②

解①②得 U=25V,

又U=ε=B1Lv

解得v=5m/s.

所以根据(乙)图可以推断在0.25s<t<1.75s内,粒子能穿过CD间的电场.

(2)当AB棒速度最大,即v′=20m/s时产生感应电动势为:ε′=B1Lv′=100V

此时带电粒子经加速后速度为v,由动能定理有:qɛ′=[1/2mv2

解得:v=100m/s

此时带电粒子的轨迹半径为:R′=

mv

qB2]=0.2m

出射点与O’的水平距离为:x=R′-

R′2−d2=0.027m=2.7cm

粒子从边界MN射出来的位置间最大距离为S=d-x=7.3cm

答:(1)0到4.0s内0.25s<t<1.75s时刻从O处飘入的粒子能穿过电场并飞出磁场边界MN.

(2)粒子从边界MN射出来的位置之间最大的距离为7.3cm

点评:

本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;牛顿第二定律;向心力;闭合电路的欧姆定律;带电粒子在匀强磁场中的运动.

考点点评: 本题是电磁感应与带电粒子在磁场中运动的综合,要注意挖掘临界条件,掌握电磁学基本知识和基本的分析思路,属于中档题.