如右图甲所示,间距为d的平行金属板MN与一对光滑的平行导轨相连,平行导轨间距L=d/2，一根导体棒ab以一定的初速度向右匀速运动，棒的右侧存在一个垂直纸面向里，大小为B的匀强磁场。棒进入磁场的同时，粒子源P释放一个初速度为0的带电粒子，已知带电粒子质量为m,电量为q.粒子能从N板加速到M板，并从M板上的一个小孔穿出。在板的上方，有一个环形区域内存在大小也为B，垂直纸面向外的匀强磁场。已知外圆半径为2d， 里圆半径为d.两圆的圆心与小孔重合（粒子重力不计）
（1）判断带电粒子的正负，并求当ab棒的速度为v0时，粒子到达M板的速度v；
（2）若要求粒子不能从外圆边界飞出，则v0的取值范围是多少？
（3）若棒ab的速度v0只能是
，则为使粒子不从外圆飞出，则可以控制导轨区域磁场的宽度S（如图乙所示），那该磁场宽度S应控制在多少范围内
(1) 
(2)
(3)
【解析】
试题分析：（1）根据右手定则知，a端为正极，故带电粒子必须带负电（1分）
ab棒切割磁感线，产生的电动势
①（2分）
对于粒子，据动能定理：
②（2分）
联立①②两式，可得
③（1分）
（2）要使粒子不从外边界飞出，则粒子最大半径时的轨迹与外圆相切
根据几何关系：
④ 即
（2分）
而
⑤（2分）
联立③④⑤可得
（1分）
故ab棒的速度范围：（1分）
（3）
，故如果让粒子在MN间一直加速，则必然会从外圆飞出，所以如果
能够让粒子在MN间只加速一部分距离，再匀速走完剩下的距离，就可以让粒子的速度变小
了。 （1分）
设磁场宽度为S0时粒子恰好不会从外圆飞出，此情况下
由④⑤可得粒子射出金属板的速度
……⑥ （2）
粒子的加速度：
⑦（1分）
解得：
对于棒ab：S0
（1分）
故磁场的宽度应 （1分）
考点：考查了带电粒子在电磁场中的综合应用，动能定理的综合应用，难度较大
53随堂测系列答案科目：高中物理 来源： 题型：
如图甲所示，
为水平放置的足够长的平行光滑导轨，导轨间距
，导轨左端连接一个R=2
的电阻，将一根质量
的金属棒
垂直地放置导轨上，且与导轨接触良好，导轨与金属棒的电阻均不计，整个装置放在磁感强度B=2T的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下，现对金属棒施加一水平向右的拉力F，并保持拉力的功率恒为P=8W，使棒从静止开始向右运动。已知从金属棒开始运动直至达到稳定速度的过程中电阻R产生的热量
。试解答以下问题：
（1）金属棒达到的稳定速度是多少？
（2）金属棒从开始运动直至达到稳定速度所需的时间是多少？
（3）金属棒从开始运动直至达到稳定速度的过程中所产生的平均感应电动势可在什么数值范围内取值？
（4）在乙图中画出金属棒所受的拉力F随时间
变化的大致图像。
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科目：高中物理 来源： 题型：
如图甲所示，
为水平放置的足够长的平行光滑导轨，导轨间距
，导轨左端连接一个R=2
的电阻，将一根质量
的金属棒
垂直地放置导轨上，且与导轨接触良好，导轨与金属棒的电阻均不计，整个装置放在磁感强度B=2T的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下，现对金属棒施加一水平向右的拉力F，并保持拉力的功率恒为P=8W，使棒从静止开始向右运动。已知从金属棒开始运动直至达到稳定速度的过程中电阻R产生的热量
。试解答以下问题：
（1）金属棒达到的稳定速度是多少？
（2）金属棒从开始运动直至达到稳定速度所需的时间是多少？
（3）金属棒从开始运动直至达到稳定速度的过程中所产生的平均感应电动势可在什么数值范围内取值？
（4）在乙图中画出金属棒所受的拉力F随时间
变化的大致图像。
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科目：高中物理 来源：2010-2011学年内蒙古高三第一次模拟考试（理综）物理部分 题型：计算题
如图甲所示，
为水平放置的足够长的平行光滑导轨，导轨间距
，导轨左端连接一个R=2
的电阻，将一根质量
的金属棒
垂直地放置导轨上，且与导轨接触良好，导轨与金属棒的电阻均不计，整个装置放在磁感强度B=2T的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下，现对金属棒施加一水平向右的拉力F，并保持拉力的功率恒为P=8W，使棒从静止开始向右运动。已知从金属棒开始运动直至达到稳定速度的过程中电阻R产生的热量
。试解答以下问题：
（1）金属棒达到的稳定速度是多少？
（2）金属棒从开始运动直至达到稳定速度所需的时间是多少？
（3）金属棒从开始运动直至达到稳定速度的过程中所产生的平均感应电动势可在什么数值范围内取值？
（4）在乙图中画出金属棒所受的拉力F随时间
变化的大致图像。
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科目：高中物理 来源： 题型：
如右图甲所示,间距为d的平行金属板MN与一对光滑的平行导轨相连,平行导轨间距L=d/2，一根导体棒ab以一定的初速度向右匀速运动，棒的右侧存在一个垂直纸面向里，大小为B的匀强磁场。棒进入磁场的同时，粒子源P释放一个初速度为0的带电粒子，已知带电粒子质量为m,电量为q.粒子能从N板加速到M板，并从M板上的一个小孔穿出。在板的上方，有一个环形区域内存在大小也为B，垂直纸面向外的匀强磁场。已知外圆半径为2d， 里圆半径为d.两圆的圆心与小孔重合（粒子重力不计）
（1）判断带电粒子的正负，并求当ab棒的速度为v0时，粒子到达M板的速度v；
（2）若要求粒子不能从外圆边界飞出，则v0的取值范围是多少？
（3）若棒ab的速度v0只能是
，则为使粒子不从外圆飞出，则可以控制导轨区域磁场的宽度S（如图乙所示），那该磁场宽度S应控制在多少范围内
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