解题思路:(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.
(1)根据法拉第电磁感应定律,闭合电路的电动势为:E=
△φ
△t=
△B
△t•S=kS①
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:qU=
1
2mv 2③
带电粒子进入磁场区域运动轨迹如图所示,
有:qvB=m
v 2
r④
由几何关系得:r+rtan45°=a⑤
由②③④⑤得:B=
2
a
2mks
q⑦
(3)设粒子运动圆周半径为r′,r′=
mv
qB,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:n=
a
2r′⑧
圆周运动周期:T=
2π•r′
v⑨
最长的根限时间:tm=n
T
2⑨
由②③⑧⑨⑩式得:tm=
π•a
2v=
π•a
2
m
2qkS⑩
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B=
2
a
2mks
q;(3)带电粒子在磁场中运动的极限时间是
π•a
2
点评:
本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;带电粒子在匀强电场中的运动;带电粒子在匀强磁场中的运动.
考点点评: 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.