如图所示,M、N、P为足够长的平行边界,M、N与M、P间距分别为l1、l2,其间分别有磁感应强度为B1和B2的匀强磁场区域,磁场Ⅰ和Ⅱ方向垂直纸面向里,B1≠B2.现有电荷量为q、质量为m的带正电粒子,不计粒子重力和粒子间的相互作用.
(1)若有大量该种粒子,以速度大小、方向沿纸面的各个方向从Q点射入磁场,求粒子在磁场中的轨道半径r1,并用阴影画出粒子在磁场中所能到达的区域;
(2)若有一个该种粒子,从Q点以初速度v2垂直边界N及磁场方向射入磁场,则初速度v2至少多大,粒子才可穿过两个磁场区域.
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如图所示,M、N、P为很长的平行边界面,M、N与M、P间距分别为l1、l2,其间分别有磁感应强度为B1和B2的匀强磁场区,Ⅰ和Ⅱ磁场方向垂直纸面向里,B1≠B2,有一带正电粒子的电量为q,质量为m,以某一初速度垂直边界N及磁场方向射入MN间的磁场区域.不计粒子的重力.求:
(1)要使粒子能穿过Ⅰ磁场进入Ⅱ磁场,粒子的初速度v0至少应为多少?
(2)若粒子进入磁场的初速度v1=,则粒子第一次穿过Ⅰ磁场的时间t1是多少?
(3)粒子初速度v为多少时,才可恰好穿过两个磁场区域.
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如图所示,M、N、P为很长的平行边界面,M、N与M、P间距分别为l1、l2,其间分别有磁感应强度为B1和B2的匀强磁场区,Ⅰ和Ⅱ磁场方向垂直纸面向里,B1≠B2,有一带正电粒子的电量为q,质量为m,以某一初速度垂直边界N及磁场方向射入MN间的磁场区域.不计粒子的重力.求:
(1)要使粒子能穿过Ⅰ磁场进入Ⅱ磁场,粒子的初速度v0至少应为多少?
(2)若粒子进入磁场的初速度v1=,则粒子第一次穿过Ⅰ磁场的时间t1是多少?
(3)粒子初速度v为多少时,才可恰好穿过两个磁场区域.
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如图所示,光滑、足够长、不计电阻、轨道间距为l的平行金属导轨MN、PQ,水平放在竖直向下的磁感应强度不同的两个相邻的匀强磁场中,左半部分为Ι匀强磁场区,磁感应强度为B1;右半部分为Ⅱ匀强磁场区,磁感应强度为B2,且B1=2B2。在Ι匀强磁场区的左边界垂直于导轨放置一质量为m、电阻为R1的金属棒a,在Ι匀强磁场区的某一位置,垂直于导轨放置另一质量也为m、电阻为R2的金属棒b。开始时b静止,给a一个向右冲量I后a、b开始运动。设运动过程中,两金属棒总是与导轨垂直。
(1)求金属棒a受到冲量后的瞬间通过金属导轨的感应电流;
(2)设金属棒b在运动到Ι匀强磁场区的右边界前已经达到最大速度,求金属棒b在Ι匀强磁场区中的最大速度值;
(3)金属棒b进入Ⅱ匀强磁场区后,金属棒b再次达到匀速运动状态,设这时金属棒a仍然在Ι匀强磁场区中。求金属棒b进入Ⅱ匀强磁场区后的运动过程中金属棒a、b中产生的总焦耳热。
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如图所示,M、N、P为足够长的平行边界,M、N与M、P间距分别为l1、l2,其间分别有磁感应强度为B1和B2的匀强磁场区域,磁场Ⅰ和Ⅱ方向垂直纸面向里,B1≠B2.现有电荷量为q、质量为m的带正电粒子,不计粒子重力和粒子间的相互作用.
(1)若有大量该种粒子,以速度大小、方向沿纸面的各个方向从Q点射入磁场,求粒子在磁场中的轨道半径r1,并用阴影画出粒子在磁场中所能到达的区域;
(2)若有一个该种粒子,从Q点以初速度v2垂直边界N及磁场方向射入磁场,则初速度v2至少多大,粒子才可穿过两个磁场区域.
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如图所示,两根足够长的平行金属导轨固定在倾角=300的斜面上,导轨电阻不计,间距L=0.4m。导轨所在空间被分成区域I和Ⅱ,两区域的边界与斜面的交线为MN,I中的匀强磁场方向垂直斜面向下,Ⅱ中的匀强磁场方向垂直斜面向上,两磁场的磁场感应度大小均为B=0.5T,在区域I中,将质量m1=0.1kg,电阻R1=0.1的金属条ab放在导轨上,ab刚好不下滑。然后,在区域Ⅱ中将质量m2=0.4kg,电阻R2=0.1的光滑导体棒cd置于导轨上,由静止开始下滑,cd在滑动过程中始终处于区域Ⅱ的磁场中,ab、cd始终与轨道垂直且两端与轨道保持良好接触,取g=10m/s2,问
(1)cd下滑的过程中,ab中的电流方向;
(2)ab将要向上滑动时,cd的速度v多大;
(3)从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中,cd滑动的距离x=3.8m,此过程中ab上产生的热量Q是多少。
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如图甲所示,相隔一定距离的竖直边界两侧为相同的匀强磁场区,磁场方向垂直纸面向里,在边界上固定两块长为L的平行金属极板MN和PQ,两极板中心各有一小孔S1、S2,两极板间电压的变化规律如图乙所示,正反向电压的大小均为U0,周期为T0,在t=0时刻将一个质量为m、电荷量为-q(q>0)的粒子由S1静止释放,粒子在电场力的作用下向右运动,在t=时刻通过S2垂直于边界进入右侧磁场区。(不计粒子重力,不考虑极板外的电场).
(1)求粒子到达S2时的速度大小v和极板间距d;
(2)为使粒子在磁场中运动时不与极板相撞,求磁感应强度的大小应满足的条件;
(3)若已保证了粒子未与极板相撞,为使粒子在t=3T0时刻再次到达S2,且速度恰好为零,求该过程中粒子在磁场内运动的时间和磁感应强度的大小。
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(17分)如图甲所示,两平行金属板接有如图乙所示随时间t变化的电压U,两板间电场可看作均匀的,且两板外无电场,板长L=0.2 m,板间距离d=0.2 m。在金属板右侧有一边界为MN的区域足够大的匀强磁场,MN与两板中线OO′垂直,磁感应强度B=5×10-3T,方向垂直纸面向里.现有带正电的粒子流沿两板中线OO′连续射入电场中,已知每个粒子速度v0=105 m/s,比荷q/m=108 C/kg,重力忽略不计,在每个粒子通过电场区域的极短时间内,电场可视作是恒定不变的.
(1)试求带电粒子射出电场时的最大速度;
(2)证明:在任意时刻从电场射出的带电粒子,进入磁场时在MN上的入射点和在MN上出射点的距离为定值,写出该距离的表达式;
(3)从电场射出的带电粒子,进入磁场运动一段时间后又射出磁场,求粒子在磁场中运动的最长时间和最短时间.
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如图所示,水平面上有两根足够长的光滑平行金属导轨和,两导轨间距为,电阻均可忽略不计.在和之间接有阻值为的定值电阻,导体杆的质量为、电阻,并与导轨接触良好.整个装置处于方向竖直向下、磁感应强度为的匀强磁场中.导体杆在水平向右的拉力作用下,沿导轨做速度的匀速直线运动.求:
()感应电动势的大小
()回路中感应电流的大小、方向(写逆时针或顺时针)
()求外力做功的功率
()若导体棒匀速运动后突然撤去拉力,求导体棒从零时刻至静止过程中电阻上产生的焦耳热.
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如图甲所示,相隔一定距离的竖直边界两侧为相同的匀强磁场区,磁场方向垂直纸面向里,在边界上固定两长为L的平行金属极板MN和PQ,两极板中心各有一小孔S1、S2,两极板间电压的变化规律如图乙所示,正反向电压的大小均为U0,周期为T0.在t=0时刻将一个质量为m、电荷量为-q(q>0)的粒子由S1静止释放,粒子在电场力的作用下向右运动,在t=时刻通过S2垂直于边界进入右侧磁场区.(不计粒子重力,不考虑极板外的电场)
(1)求粒子到达S2时的速度大小v和极板间距d.
(2)为使粒子不与极板相撞,求磁感应强度的大小应满足的条件.
(3)若已保证了粒子未与极板相撞,为使粒子在t=3T0时刻再次到达S2,且速度恰好为零,求该过程中粒子在磁场内运动的时间和磁感应强度的大小.
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