解题思路:(1)粒子从E射入圆形磁场区域,从小孔O3射出,在磁场中做匀速圆周运动,由几何知识求出半径,再由牛顿定律求出B.(2)粒子恰好不能从O3射出时,到达O3速度为零.根据动能定理求出此时板间电压,由平衡条件求出质量M.(3)能量守恒定律求得电阻上产生的电热.(4)根据轨迹,逐段求出时间,再求总时间.
(1)粒子由E到O2过程中作半径为r的匀速圆周运动,则:
qvB=m
v20
r
解得B=
mv0
qr
(2)设PQ棒匀速下滑时棒的速度为v,此时MN板间的电压为U,由题意有:
[1/2m
v20]=qU
解得U=
m
v20
2q
由力平衡得Mg=B[U/RL
解得M=
BLm
2gqR
v20]
(3)U=E=BLv
由能量守恒:Mgh=[1/2]Mv2+QR
联立上述方程解得产生的电热:QR=[BLmh/2qR
v20]-
m3
v60
16gBLRq3
(4)粒子在圆形磁场内的运动时间t1:t1=2•
T
4=2•
2πm
qB=[πr
v0
粒子在电场中往返运动的时间t2:由 L=
v0/2•
t2
2]得 t2=
4L
v0
故粒子从E点到F点所用的时间:t=t1+t2=
πr+4L
v0
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;电功、电功率;带电粒子在匀强磁场中的运动;电磁感应中的能量转化.
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.