Question

如圖甲所示，一個(gè)n=10匝，面積為S=0.3m²的圓形金屬線圈，其總電阻為R₁=2Ω, 與R₂=4Ω的電阻連接成閉合電路。線圈內(nèi)存在方向垂直于紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度按B₁=2t + 3 (T)規(guī)律變化的磁場(chǎng)。電阻R₂兩端通過(guò)金屬導(dǎo)線分別與電容器C的兩極相連．電容器C緊靠著帶小孔a（只能容一個(gè)粒子通過(guò)）的固定絕緣彈性圓筒。圓筒內(nèi)壁光滑，筒內(nèi)有垂直水平面豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B₂，O是圓筒的圓心，圓筒的內(nèi)半徑為r=0.4m．

（1）金屬線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E和電容器C兩板間的電壓U;

（2）在電容器C內(nèi)緊靠極板且正對(duì)a孔的D處有一個(gè)帶正電的粒子從靜止開(kāi)始經(jīng)電容器C加速后從a孔垂直磁場(chǎng)B₂并正對(duì)著圓心O進(jìn)入筒中，該帶電粒子與圓筒壁碰撞四次后恰好又從小孔a射出圓筒．已知粒子的比荷q/m=5×10⁷（C/kg），該帶電粒子每次與筒壁發(fā)生碰撞時(shí)電量和能量都不損失，不計(jì)粒子重力和空氣阻力，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B₂ 多大（結(jié)果允許含有三角函數(shù)式）。

 

Answer 1

【答案】

(1) 6V ;4V (2) 或

【解析】

試題分析：（1）線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E= V =6V 

電容器C兩板間電壓U==4V  

（2）據(jù)動(dòng)能定理有，   

帶電粒子在磁場(chǎng)中作勻速圓周運(yùn)動(dòng)， 

由于帶電粒子與圓筒壁碰撞時(shí)無(wú)電量和能量損失，那么每次碰撞前后粒子速度大小不變、速度方向總是沿著圓筒半徑方向，4個(gè)碰撞點(diǎn)與小孔a恰好將圓筒壁五等分，粒子在圓筒內(nèi)的軌跡具有對(duì)稱(chēng)性，由5段相同的圓弧組成，設(shè)每段軌跡圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角為，則由幾何關(guān)系可得：

  

有兩種情形符合題意（如圖所示）：

（�。┣樾�1：每段軌跡圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角為

得：  

（ⅱ）情形2：每段軌跡圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角為  

將數(shù)據(jù)代式得：

考點(diǎn)：此題考查法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律及動(dòng)能定理；考查的物理模型是勻速圓周運(yùn)動(dòng)。