如图9所示,串联阻值为R的闭合电路中,边长为L的正方形区域abcd存在一个方向垂直纸面向外、磁感应强度均匀增加且变化率为的匀强磁场,abcd的电阻值也为R,其他电阻不计.电阻两端又向右并联一个平行板电容器.在靠近M板处由静止释放一质量为m、电量为+q的带电粒子(不计重力),经过N板的小孔P进入一个垂直纸面向内、磁感应强度为B的圆形匀强磁场,已知该圆形匀强磁场的半径为.求:
(1)电容器获得的电压;
(2)带电粒子从小孔P射入匀强磁场时的速度;
(3)带电粒子在圆形磁场中运动的轨道半径和它离开磁场时的偏转角.
解:(1)根据法拉第电磁感应定律,闭合电路的电动势为: (2分)
根据闭合电路的欧姆定律,闭合电路的电流为: (1分)
电阻获得的电压 (1分)
因电容器与电阻是并联的,故电容器获得的电压 (2分)
(2)带电粒子在电容器中受到电场力作用而做匀加速直线运动,
根据动能定理有: (2分)
得到带电粒子从小孔射入匀强磁场时的速度为: (2分)
(3)带电粒子进入圆形匀强磁场后,洛伦兹力提供其做匀速圆周运动的向心力,
有: (2分)
粒子在圆形匀强磁场运动的半径为: (2分)
又圆形磁场的半径,即 (1分)
根据左手定则,带电粒子在圆形磁场向右转过的圆周(如右图所示),
故它离开磁场时的偏转角为90°. (2分)
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4π2 |
k |
4π2 |
k |
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测量点 | S(cm) | v(m/s) |
O | 0.00 | 0.35 |
A | 1.51 | 0.40 |
B | 3.20 | 0.45 |
C | ||
E | 9.41 | 0.60 |
πd2I1(Rg-R0) |
4L(I2-I1) |
πd2I1(Rg-R0) |
4L(I2-I1) |
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图9
A.电流表G1(量程1.02mA,内阻约100Ω)
B.电流表G2(量程500μA,内阻约200Ω)
C.电池组E(电动势为3.0V,内阻未知)
D.滑动变阻器R(0—25Ω)
K.四旋钮电阻箱R1(总阻值9999Ω)
P.保护电阻及R2(阻值约100Ω)
C.开关S1,单刀双掷开关S2
(1)实验中该同学先合上开关S1,再将开关S2与a相连,调节滑动变阻器R,当电流表G2有某一合理的示数时,记下电流表G1的示数I;然后将开关S2与b相连,保持__________不变,调节________,使电流表G1的示数仍为I时,读取电阻箱的读数r.
(2)由上述测量过程可知,电流表G2内阻的测量值rg=_________.
(3)若该同学通过测量得到电流表G2的内电阻值为190Ω,他必须将一个________kΩ的电阻与电流表G2串联,才能改装为一块量程为2.0V的电压表.
(4)该同学把改装的电压表与标准电压表V0进行了核对,发现当改装的电压表的指针刚好指向满刻度时,标准电压表V0的指针恰好如图10所示.由此可知,该改装电压表的百分误差为_________%.
图10
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