如图所示，半径为、圆心为O1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的平行金属板M和N，两板间距离为L，在MN板中央各有一个小孔

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如图所示，半径为

、圆心为O₁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的平行金属板M和N，两板间距离为L，在MN板中央各有一个小孔O₂、O₃、。O₁、O₂、O₃在同一水平直线上，与平行金属板相接的是两条竖直放置间距为L的足够长的光滑金属导轨，导体棒PQ与导轨接触良好，与阻值为R的电阻形成闭合回路（导轨与导体棒的电阻不计），该回路处在磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里的匀强磁场中，整个装置处在真空室中，有一电荷量为+q、质量为m的粒子（重力不计），以速率

从圆形磁场边界上的最低点E沿半径方向射入圆形磁场区域，最后从小孔O₃射出。现释放导体棒PQ，其下滑h后开始匀速运动，此时仍然从E点沿半径方向射入圆形磁场区域的相同粒子恰好不能从O₃射出，而从圆形磁场的最高点F射出。求：
（1）圆形磁场的磁感应强度B′；
（2）导体棒的质量M；
（3）棒下落h的整个过程中，电阻上产生的电热。

答案

（1）

（2）

（3）

解析

（1）在圆形磁场压内

∴

（5分）
（2）粒子不从O₃射出的条件

①

② （6分）
（3）导体棒匀速运动时，速度为

则

∴

则能量守恒

（7分）

举一反三

人们到医院检查身体时，其中有一项就是做胸透，我们可以把做胸透的原理等效如下：如图所示，P是一个放射源，从开口处在纸面内向各个方向放出某种粒子（不计重力），而这些粒子最终必须全部垂直射到底片MN这一有效区域，并要求底片MN上每一地方都有粒子到达。假若放射源所放出的是质量为m、电量为q的带正电的粒子，且所有的粒子速率都是v，M与放射源的出口在同一水平面，底片MN竖直放置，底片MN长为L。
为了实现上述目的，我们必须在P的出口处放置一有界匀强磁场。求：
（1）匀强磁场的方向
（2）画出所需最小有界匀强磁场的区域，并用阴影表示
（3）匀强磁场的磁感应强度B的大小以及最小有界匀强磁场的面积S

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如图所示，直角坐标系

所决定的平面内，在平行于y轴的虚线MN右侧、y>0的区域存在着沿y轴负方向的匀强电场；在y<0的某区域存在方向垂直于坐标平面的圆形有界匀强磁场（图中未画出）。现有一电荷量为

、质量为

的带正电粒子从虚线MN上的P处，以平行于

轴方向的初速度

射人电场，并恰好从原点

处射出，射出时速度方向与

轴成60°角，此后粒子先做匀速运动，然后进入磁场。粒子从圆形有界磁场中射出时，恰好位于y轴上Q（0，一

）处，且射出时速度方向沿

轴负方向，不计带电粒子的重力。求：
（1）

两点间的电势差。
（2）匀强磁场的磁感应强度。
（3）圆形有界匀强磁场的最小面积。
（结果用

表示）

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如图所示，电子源每秒钟发射2.50×10¹³个电子，以v₀=8.00×10⁶m/s的速度穿过P板上的A孔，从M、N两平行板正中央进入两板间，速度方向平行于板M且垂直于两板间的匀强磁场，板M、N两板间电压始终为U_MN="80.O" V，两板距离为d=1.00×10^-3m，电子在板M、N间做匀速直线运动后进入由C、D两平行板组成的已充电的电容器中，电容器电容为8.00×10^-8F，电子打到D板后就留在D板中，在时刻t_l=0，D板电势较C板高818V，在时刻t₂=T，开始有电子打到M板上，已知电子质量m=9.10×10^-31kg，电量e=1.60×10^-19C,电子从A孔到D板的运动时间不计，C、P两板均接地，电子间不会发生碰撞。求:
（1）M、N间匀强磁场的磁感应强度大小。
（2）时间T及打到M板上的每个电子的动能（以eV为单位）。

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(1)当电压表的读数为U=0.2V时，棒L₂的加速度多大？
(2)棒L₂能达到的最大速度v_m.
(3)若在棒L₂达到最大速度v_m时撤去外力F，并同时释放棒L₁，求棒L₂达到稳定时的速度
(4)若固定棒L₁，当棒L₂的速度为v，且离开棒L₁距离为S的同时，撤去恒力F，为保持棒L₂做匀速运动，可以采用将B从原值(B0=0.2T)逐渐减小的方法，则磁感应强度B应怎样随时间变化(写出B与时间t的关系式)？

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(1)粒子从P点运动到O点的时间至少为多少?
(2)粒子的速度大小可能是多少?

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