Question

某同學(xué)根據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象設(shè)計(jì)了一種發(fā)電裝置，如圖甲所示，圖乙為其俯視圖．將8塊相同磁鐵的N、S極交錯放置組合成一個高h(yuǎn)=0.5m、半徑r=0.2m的圓柱體，其可繞固定的OO'軸轉(zhuǎn)動．圓柱外側(cè)附近每個磁場區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B=0.2T，方向都垂直于圓柱表面，相鄰兩個區(qū)域的磁場方向相反．緊靠圓柱體外側(cè)固定-根與其等長、電阻R=0.4Ω的金屬桿ab，桿與圓柱平行．從上往下看，圓柱體以ω=100rad/s的角速度順時針勻速轉(zhuǎn)動，設(shè)轉(zhuǎn)到如圖所示位置為t=0時刻．取g=10m/s²，π²=10．求：
（1）圓柱體轉(zhuǎn)過周期的時間內(nèi)，ab桿中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E的大��；
（2）如圖丙所示，M、N為水平放置的平行板電容器的兩極板，極板長L=0.314m，兩板間距d=0.125m．現(xiàn)用兩根引線將M、N分別與a、b相連．在t=0時刻，將-個電量q=+1.00×10^-6C、質(zhì)量m=1.60×10^-8kg的帶電粒子從緊靠M板中心處無初速度地釋放，求粒子從M板運(yùn)動到N板所經(jīng)歷的時間t．不計(jì)粒子重力．
（3）t=0時刻，在如圖丙所示的兩極板間，若上述帶電粒子從靠近M板的左邊緣處以初速度υ水平射入兩極板間，而且已知粒子沿水平方向離開電場，求初速度υ的大小，并在圖中畫出粒子相應(yīng)的運(yùn)動軌跡．不計(jì)粒子重力．（※請自行作圖�。�

Answer 1

【答案】分析：（1）磁場與導(dǎo)體棒之間有相對運(yùn)動，導(dǎo)體切割磁感線，根據(jù)E=BLv，即可求得ab桿中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E的大��；
（2）粒子開始內(nèi)做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動，然后減速，然后分別再加速、減速，這樣往復(fù)下去，分析清楚運(yùn)動過程，根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式和牛頓第二定律可求解；
（3）粒子最后以水平速度射出，說明粒子豎直方向上速度為零，因此粒子在板間運(yùn)動時間為的偶數(shù)倍，即為或者．
解答：解：（1）感應(yīng)電動勢：E=Bhv
又：v=ωr
   E=2V
代入數(shù)據(jù)得：故ab桿中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E的大小為：E=2V
（2）粒子加速度為：
周期為：
粒子在T時間內(nèi)運(yùn)動地距離為：
又：
故：
故粒子從M板運(yùn)動到N板所經(jīng)歷的時間t=3.14×10^-2s．
（3）第一種情況：粒子運(yùn)動軌跡如答圖甲所示，運(yùn)動時間為．
初速度應(yīng)為：
第二種情況：粒子運(yùn)動軌跡如答圖乙所示，運(yùn)動時間為．
初速度應(yīng)為：
故初速度大小分別為20m/s，10m/s，軌跡如圖所示．
點(diǎn)評：本題有一定的綜合性，借助電磁感應(yīng)考查了帶電粒子在電場中的運(yùn)動，注意分析清楚運(yùn)動過程和運(yùn)動的周期性．