如图1所示,M、N为竖直放置的平行金属板,两板间所加电压为U
,S
1、S
2为板上正对的小孔.金属板P和Q水平放置在N板右侧,关于小孔S
1、S
2所在直线对称,两板的长度和两板间的距离均为l;距金属板P和Q右边缘l处有一荧光屏,荧光屏垂直于金属板P和Q;取屏上与S
1、S
2共线的O点为原点,向上为正方向建立x轴.M板左侧电子枪发射出的电子经小孔S
1进入M、N两板间.电子的质量为m,电荷量为e,初速度可以忽略.不计电子重力和电子之间的相互作用.
(1)求电子到达小孔S
2时的速度大小v;
(2)若板P、Q间只存在垂直于纸面向外的匀强磁场,电子刚好经过P板的右边缘后,打在荧光屏上.求磁场的磁感应强度大小B和电子打在荧光屏上的位置坐标x;
(3)若金属板P和Q间只存在电场,P、Q两板间电压u随时间t的变化关系如图2所示,单位时间内从小孔S
1进入的电子个数为N.电子打在荧光屏上形成一条亮线.忽略电场变化产生的磁场;可以认为每个电子在板P和Q间运动过程中,两板间的电压恒定.
a.试分析在一个周期(即2t
时间)内单位长度亮线上的电子个数是否相同.
b.若在一个周期内单位长度亮线上的电子个数相同,求2t
时间内打到单位长度亮线上的电子个数n;若不相同,试通过计算说明电子在荧光屏上的分布规律.
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如图1所示,两根间距为l
1的平行导轨PQ和MN处于同一水平面内,左端连接一阻值为R的电阻,导轨平面处于竖直向上的匀强磁场中.一质量为m、横截面为正方形的导体棒CD垂直于导轨放置,棒到导轨左端PM的距离为l
2,导体棒与导轨接触良好,不计导轨和导体棒的电阻.
(1)若CD棒固定,已知磁感应强度B的变化率
随时间t的变化关系式为
,求回路中感应电流的有效值I;
(2)若CD棒不固定,棒与导轨间最大静摩擦力为f
m,磁感应强度B随时间t变
化的关系式为B=kt.求从t=0到CD棒刚要运动,电阻R上产生的焦耳热Q;
(3)若CD棒不固定,不计CD棒与导轨间的摩擦;磁场不随时间变化,磁感应强度为B.现对CD棒施加水平向右的外力F,使CD棒由静止开始向右以加速度a做匀加速直线运动.请在图2中定性画出外力F随时间t变化的图象,并求经过时间t
,外力F的冲量大小I.
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