Question

如圖所示，MN和PQ是相距40cm的平行金屬導(dǎo)軌，一根電阻R₁=3Ω的金屬棒ab可緊貼平行導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，兩塊相互平行，相距20cm且水平放置的金屬板A和C分別與兩平行導(dǎo)軌相連接，圖中跨接在ab間的電阻R₂=1Ω，導(dǎo)軌和連接導(dǎo)線的電阻可忽略不計(jì)，先將整個(gè)裝置放在圖示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)導(dǎo)體棒ab以速率v勻速沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)時(shí)，能使一個(gè)質(zhì)量為m、帶電量為q的負(fù)電微粒也以速率v在兩金屬板空間做勻速圓周運(yùn)動(dòng)而不觸及兩板．求：
（1）金屬棒ab的運(yùn)動(dòng)方向．
（2）ab勻速運(yùn)動(dòng)速度的取值范圍．
（3）若帶電微粒在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中從圖所示開始運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)位移達(dá)到

2 mv

Bq

時(shí)的時(shí)間．

Answer 1

（1）由題帶電量為q的負(fù)電微粒做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所受重力與電場(chǎng)力平衡，則電場(chǎng)力方向豎直向上，電場(chǎng)強(qiáng)度方向下豎直向下，說(shuō)明A板帶正電，金屬棒ab的b端相當(dāng)電源的正極，根據(jù)右手定則判斷出金屬棒ab的運(yùn)動(dòng)方向：水平向右．
    （2）微粒在復(fù)合場(chǎng)中勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑最大為r=

d

2

=10cm．根據(jù)牛頓第二定律得
qvB=m

v2

r

又qE=mg，E=

U

d

，U=

R1

R1+R2

Blv
四式聯(lián)立解得  v=

2

m/s
則ab勻速運(yùn)動(dòng)速度的取值范圍：0＜v≤

2

m/s．
（3）帶電微粒在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中圓周運(yùn)動(dòng)的周期T=

2πm

qB

，當(dāng)運(yùn)動(dòng)位移達(dá)到

2 mv

Bq

=

2

r時(shí)微粒運(yùn)動(dòng)了

1

4

圓周，經(jīng)過(guò)時(shí)間為t=

1

4

T=

πm

2qB

．
答：（1）金屬棒ab的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)樗�平向右�?br>    （2）ab勻速運(yùn)動(dòng)速度的取值范圍為0＜v≤

2

m/s．
    （3）若帶電微粒在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中從圖所示開始運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)位移達(dá)到

2 mv

Bq

時(shí)的時(shí)間為

πm

2qB

．