(1)在t=0到t=T0这段时间内,小球不受细管侧壁的作用力,那么它是由洛仑兹力提供所需的向心力.
即 q*V0*B0=m*V0^2 / r
得 小球的速度大小是 V0=q*r *B0 / m
(2)在t=T0到t=1.5*T0这段时间内,磁场均匀增大,由麦克斯韦电磁理论可知,在环中会产生稳定的涡旋电场,具体关系是 ∮E·dL=-ΔΦ / Δt .---(环中各处的电场强度大小相等)
那么从大小的关系看,就是 E*2π r =(π *r^2)*(2B0-B0)/(1.5*T0-T0)
得环中的电场强度大小是 E= B0* r / T0
将题目条件 T0=2πm /(q*B0) 代入上式,得
E=B0*r / [ 2πm /(q*B0)]=q*B0^2 * r /(2*π*m)
(3)由楞次定律知,环中的稳定电场的方向与小球运动速度方向相同,所以电场力对小球做正功.
这个做功过程,相当于小球从初速V0开始,在恒定合力(qE)作用下匀加速运动时间 t=1.5T0-T0=0.5*T0 所做的功(用力乘位移方式求功).----提示:把小球的运动看成匀加速直线运动就好理解了.
所求的功是 W=(qE)*[ V0*t+(a*t^2 / 2)]
=qE* { V0*( 0.5*T0)+[ ( qE / m) *( 0.5*T0)^2 / 2 ] }
将 E=q*B0^2 * r /(2*π*m),T0=2πm /(q*B0), V0=q*r *B0 / m 代入上式,得
所求的功是 W=5*(q*B0*r)^2 / ( 8 m )
注:因为是涡旋电场,与静电场不一样,在任意两点的电势差都等于0的,不能用W=qU的方法来求电场力做的功.