(2011•自贡模拟)如图所示,半径为r圆心为0的虚线所围的圆形区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场,在磁场右侧有一竖直放置

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  • 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.

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