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如图2-4所示,一半径为r的圆形导线框内有一匀强磁场,磁场方向垂直于导线框所在平面,导线框的左端通过导线接一对水平放置的平行金属板,两板间的距离为d,板长为l,t=0时,磁场的磁感应强度B从B0开始均匀增大,同时,在板2的左端且非常靠近板2的位置有一质量为m、带电荷量为-q的液滴以初速度v0水平向右射入两板间,该液滴可视为质点.

图2-4

(1)要使该液滴能从两板间射出,磁感应强度随时间的变化率k应满足什么条件?

(2)要使该液滴能从两板间右端的中点射出,磁感应强度B与时间t应满足什么关系?

答案

解:(1)由题意可知:板1为正极,板2为负极

两板间的电压U==S=Sk

而S=πr2

带电液滴受的电场力F=qE=

故F-mg=-mg=ma

a=-g

讨论:

①若a>0,液滴向上偏转,做类平抛运动,若恰从板1右端射出,则l=v0tk,

d=t2

解得k1=.

②若a=0,液滴做匀速直线运动,恰能从板2右端射出,则-g=0,得k2=.

③若a<0,则重力大于安培力,不可能离开电场.

综上分析得k的取值范围为

≤k≤(g+).

(2)要使液滴从两板右端中点射出,根据运动学公式,有

得k=(g+)

由B=B0+kt,得B=B0+ (g+)t.

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