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如图所示 竖直放置的金属薄板M N间距为d.绝缘水平直杆左端从N板中央的小孔穿过 与

时间:2021-07-29 21:48:40

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如图所示 竖直放置的金属薄板M N间距为d.绝缘水平直杆左端从N板中央的小孔穿过 与

问题补充:

如图所示,竖直放置的金属薄板M、N间距为d.绝缘水平直杆左端从N板中央的小孔穿过,与M板固接,右端处在磁感应强度为B的匀强磁场中.质量为m、带电量为+q的中空小球P,套在水平直杆上,紧靠M板放置,与杆的动摩擦因数为μ.当在M、N板间加上适当的电压U后,P球将沿水平直杆从N板小孔射出,试问:

(1)此时M、N哪个板的电势高?它们间的电势差必须大于多少?

(2)若M、N间电压U=5μmgd/q时,小球能沿水平直杆从N板中央小孔射入磁场,则射入的速率多大?若磁场足够大,水平直杆足够长,则小球在磁场中运动的整个过程中,摩擦力对小球做多少功?

答案:

解:(1)因P球带正电,只有M板电势高于N板电势,P球才会受到向右的电场力作用.才有可能向右运动.

??????? 故,若要小球P沿水平直杆从板间射出,必须使M板电势高于N板电势.??

??? 而要使小球P能沿水平直杆从板间射出,必须使电场力大于小球所受的摩擦力,即

?????????????qE>μmg? 而E=

?????????????故

??? (2)设P球射出电场时的速率为v,由动能定理得:

????????? ?

??????

????? ?即??

?????? 解得:

?????小球P射入磁场后受到竖直向上的洛伦兹力作用,可能出现三种情况.

Ⅰ.qvB=mg,则小球不受摩擦力,做匀速直线运动.故摩擦力做功为零.

Ⅱ.qvB>mg,则直杆对小球有向下的压力,小球受摩擦力减速,当减速到洛仑兹力与重力大小相等后做匀速运动.设小球匀速时的速度vt,则qvtB=mg

?????? 设此过程中摩擦力做的功为W,由动能定理得:?????????

?????? ?即解得:

Ⅲ.qvB<mg,则直杆对小球有向上的支持力,小球受摩擦力减速,最终速度减为零.?则摩擦力所做的功为

????????????

???????? 解得:W=-4μmgd

答:M板电势高于N板电势,它们间的电势必须大于;(2)射入的速率为,当qvB=mg时,摩擦力做功为零,

当qvB>mg时,摩擦力做功为,当qvB<mg时,摩擦力做的功为-4μmgd.

解析分析:(1)力是改变物体运动状态的原因,使静止的物体运动,要产生加速度,即物体的合外力不等于零;

(2)电场的基本性质是对放入其中的带电体有力的作用;

(3)小球P射入磁场后受到竖直向上的洛伦兹力作用,并且洛伦兹力对小球不做功;

(4)进入磁场后,速度在摩擦力作用下会减小,引起洛伦兹力减小,引起正压力变化,从而会引起摩擦力发生改变,要注意分情况具体分析;

(5)关于变力做功,可用动能定理去求,简洁方便.

点评:本题是电磁学的综合问题,涉及到得知识点较多,难度较大.特别是第二小问中有三种情况,很多同学只能分析其中的一种或两种,出现遗漏情况.

要注意本题中小球在磁场中运动时所受的摩擦力是一个变力,求变力做功一般用动能定理求解.

如图所示 竖直放置的金属薄板M N间距为d.绝缘水平直杆左端从N板中央的小孔穿过 与M板固接 右端处在磁感应强度为B的匀强磁场中.质量为m 带电量为+q的中空小球P

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