分析與解：ab下滑進(jìn)入磁場(chǎng)后切割磁感線，在abcd電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，ab、cd各受不同的磁場(chǎng)力作用而分別作變減速、變加速運(yùn)動(dòng)，電路中感應(yīng)電流逐漸減小，當(dāng)感應(yīng)電流為零時(shí)，ab、cd不再受磁場(chǎng)力作用，各自以不同的速度勻速滑動(dòng)。全過(guò)程中系統(tǒng)內(nèi)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能再轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總能量守恒。
(1) ab自由下滑，機(jī)械能守恒：mgh=(1/2)mV2 [1] 由于ab、cd串聯(lián)在同一電路中，任何時(shí)刻通過(guò)的電流總相等，金屬棒有效長(zhǎng)度 Lab=3Lcd， 故它們的磁場(chǎng)力為：Fab=3Fcd [2] 在磁場(chǎng)力作用下，ab、cd各作變速運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向相反，當(dāng)εab=εcd時(shí)，電路中感應(yīng)電流為零，(I=0)，安培力為零，ab、cd運(yùn)動(dòng)趨于穩(wěn)定，此時(shí)有：BLabVab=BLcdVcd 所以Vab=Vcd/3 [3] ab、cd受磁場(chǎng)力作用，動(dòng)量均發(fā)生變化，由動(dòng)量定理得： Fab△t=m(V-Vab) [4] Fcd△t=mVcd [5] 聯(lián)立以上各式解得：(2)根據(jù)系統(tǒng)能量守恒可得：Q=△E機(jī)=mgh-(1/2)m(Vab2+Vcd2)=(9/10)mgh 說(shuō) 明：本題以分析ab、cd棒的受力及運(yùn)動(dòng)情況為主要線索求解。 注意要點(diǎn)：①明確ab、cd運(yùn)動(dòng)速度穩(wěn)定的條件。 ②理解電磁感應(yīng)及磁場(chǎng)力計(jì)算式中的“L”的物理意義。 ③電路中的電流、磁場(chǎng)力和金屬棒的運(yùn)動(dòng)之間相互影響制約變化復(fù)雜，解題時(shí)抓住每一瞬間存在Fab=3Fcd及終了狀態(tài)時(shí)Vab=(1/3)Vcd的關(guān)系，用動(dòng)量定理求解十分方便。
④金屬棒所受磁場(chǎng)力是系統(tǒng)的外力，且Fab≠Fcd時(shí)，合力不為零，故系統(tǒng)動(dòng)量不守恒，只有當(dāng)Lab=Lcd時(shí)，F(xiàn)ab=Fcd，方向相反，其合力為零時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)量才守恒。
7、如圖7所示，X軸上方有勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，下方有勻強(qiáng)電場(chǎng)E。電量為q、質(zhì)量為m、重力不計(jì)的粒子y軸上。X軸上有一點(diǎn)N(L.0)，要使粒子在y軸上由靜止釋放而能到達(dá)N點(diǎn)，問(wèn)：(1)粒子應(yīng)帶何種電荷? (2)釋放點(diǎn)M應(yīng)滿足什么條件? (3)粒子從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)經(jīng)歷多長(zhǎng)的時(shí)間? 分析與解：(1) 粒子由靜止釋放一定要先受電場(chǎng)力作用 (磁場(chǎng)對(duì)靜止電荷沒(méi)有作用力)，所以 M點(diǎn)要在-Y軸上。要進(jìn)入磁場(chǎng)必先向上運(yùn)動(dòng)，靜上的電荷要向上運(yùn)動(dòng)必須受到向上的電場(chǎng)力作用，而場(chǎng)強(qiáng) E方向是向下的，所以粒子帶負(fù)電。 (2)粒子在M點(diǎn)受向上電場(chǎng)力，從靜止出發(fā)做勻加速運(yùn)動(dòng)。在 O點(diǎn)進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)后，只受洛侖茲力(方向沿+X軸)做勻速周圍運(yùn)動(dòng)，經(jīng)半個(gè)周期，回到X軸上的P點(diǎn)，進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，在電場(chǎng)力作用下做勻減速直線運(yùn)動(dòng)直到速度為零。然后再向上做勻加速運(yùn)動(dòng)，在X軸上P點(diǎn)進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，做勻速圓運(yùn)動(dòng)，經(jīng)半個(gè)周期回到X軸上的Q點(diǎn)，進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，再在電場(chǎng)力作用下做勻減速運(yùn)動(dòng)直到速度為零。此后，粒子重復(fù)上述運(yùn)動(dòng)直到 X軸上的N點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)軌跡如圖7-1所示。設(shè)釋放點(diǎn)M的坐標(biāo)為(0.-yO)，在電場(chǎng)中由靜止加速，則：qEyO=(1/2)mV2 [1] 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中粒子以速率V做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，有：qBV=mV2/R [2] 設(shè)n為粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的次數(shù)(正整數(shù))則：L=n2R，所以R=L/2n [3] 解[1][2][3]式得：V=qBL/2mn，所以yO=qB2L2/8n2mE (式中n為正整數(shù)) (3)粒子由M運(yùn)動(dòng)到N在電場(chǎng)中的加速運(yùn)動(dòng)和減速運(yùn)動(dòng)的次數(shù)為(2n-1)次， 每次加速或減速的時(shí)間都相等，設(shè)為t1，則：yO=(1/2)at12=(1/2)qEt12/m
所以t1=
粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半周期為t2，共n次，t2=πm/qB
粒子從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)共經(jīng)歷的時(shí)間為： t=(2n-1)t1+nt2=(2n-1)BL/2nE+nπm/qB (n=1、2、3……)8、平行金屬，板長(zhǎng)1.4米，兩板相距30厘米，兩板間勻強(qiáng)磁場(chǎng)的B為1.3×10-3特斯拉，兩板間所加電壓隨時(shí)間變化關(guān)系如8-1圖所示。當(dāng)t=0時(shí)，有一個(gè)a粒子從左側(cè)兩板中央以V=4×103米/秒的速度垂直于磁場(chǎng)方向射入，如8-2圖所示。不計(jì)a粒子的重力，求：該粒子能否穿過(guò)金屬板間區(qū)域?若不能，打在何處?若能，則需多長(zhǎng)時(shí)間? (已知a粒子電量q=3.2×10-19庫(kù)，質(zhì)量m=6.64×10-27千克)
分析與解：在t=0到t=1×10-4秒時(shí)間內(nèi)，兩板間加有電壓，a粒子受到電場(chǎng)力和洛侖茲力分別為：F=qu/d=q×1.56/0.3=5.2q 方向豎直向下
f=qBv=q×1.3×10-3×4×103=5.2q 方向豎直向上 因F=f，故做勻速直線運(yùn)動(dòng)，其位移為：△S=v△t=4×103×1×10-4=0.4米 在t=1×10-4秒到t=2×10-4秒時(shí)間內(nèi)，兩板間無(wú)電場(chǎng)，a粒子在洛侖茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其軌跡半徑為： r=mv/qB=(6.64×10-27×4×103)/(3.2×10-19×1.3×10-3)=6.37×10-2米＜d/4 所以粒子不會(huì)與金屬板相碰。面a粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期為： T=2πm/qB=(2×3.14×6.64×10-27)/(3.2×10-19×1.3×10-3)=1.0×10-4秒 則在不加電壓的時(shí)間內(nèi)，a粒子恰好能在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)一周。當(dāng)兩板間又加上第2個(gè)周期和第3個(gè)周期的電壓時(shí)，a粒子將重復(fù)上述的運(yùn)動(dòng)。故經(jīng)13/4周期飛出板外(t=6.5×10-4秒)其運(yùn)動(dòng)軌跡如8-3圖所示。本文來(lái)自：逍遙右腦記憶 http://www.simonabridal.com/gaokao/293856.html
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