如图所示,MN和PQ是两根放在竖直面内且足够长的平行金属导轨,相距l=50cm.导轨处在垂直纸面向里的磁感应强度B=5T

问题描述:

如图所示,MN和PQ是两根放在竖直面内且足够长的平行金属导轨,相距l=50cm.导轨处在垂直纸面向里的磁感应强度B=5T的匀强磁场中.一根电阻为r=0.1Ω的金属棒ab可紧贴导轨左右运动.两块平行的、相距d=10cm、长度L=20cm的水平放置的金属板A和C分别与两平行导轨相连接,图中跨接在两导轨间的电阻R=0.4Ω.其余电阻忽略不计.已知当金属棒ab不动时,质量m=10g、带电量q=-10-3C的小球以某一速度v0沿金属板A和C的中线射入板间,恰能射出金属板(g取10m/s2).求:

(1)小球的速度v0
(2)若使小球在金属板间不偏转,则金属棒ab的速度大小和方向;
(3)若要使小球能从金属板间射出,则金属棒ab匀速运动的速度应满足什么条件?
1个回答 分类:物理 2014-09-30

问题解答:

我来补答
(1)根据题意,小球在金属板间做平抛运动.水平位移为金属板长L=20cm,竖直位移等于
d
2=5cm,根据平抛运动规律:
 
d
2=
1
2gt2,
 
d
2=
1
2g(
L
v0)2
解得:v0=L

g
d=0.2×

10
0.1m/s=2m/s
(2)欲使小球不偏转,须小球在金属板间受力平衡,根据题意应使金属棒ab切割磁感线产生感应电动势,从而使金属板A、C带电,在板间产生匀强电场,小球所受电场力等于小球的重力.
由于小球带负电,电场力向上,所以电场方向向下,A板必须带正电,金属棒ab的a点应为感应电动势的正极,根据右手金属棒ab应向右运动.
设金属棒ab的速度为v1,则:E=BLv1
金属板A、C间的电压:U=
BLv1
R+r•R
金属板A、C间的电场E=
U
d,
小球受力平衡,则有:qE=mg
得:E=
mg
q
联立以上各式解得:v1=
mg(R+r)d
qBLR=
1×10−2×10×(0.4+0.1)×0.1
10−3×5×0.5×0.4=5m/s
(3)当金属棒ab的速度增大时,小球所受电场力大于小球的重力,小球将向上做类平抛运动,设金属棒ab的速度达到v2,小球恰沿A金属板右边缘飞出.
根据小球运动的对称性,小球沿A板右边缘飞出和小球沿C板右边缘飞出,其运动加速度相同,故有:
qE-mg=mg
根据上式中结果得到:v2=
2mg(R+r)d
qBLR=2v1=10m/s,
所以若要使小球能射出金属板间,则金属棒ab的速度大小:0≤v≤10m/s,方向向右.
答:(1)小球的速度v0为2m/s.
(2)若使小球在金属板间不偏转,则金属棒ab的速度大小为5m/s,向右运动.
(3)若要使小球能从金属板间射出,则金属棒ab匀速运动的速度应满足0≤v≤10m/s,方向向右.
 
 
展开全文阅读
剩余:2000
上一页:pass..
下一页:复合函数求值域