如图所示,M、N是水平放置的很长的平行金属板,两板间有垂直于纸面沿水平方向的匀强磁场,其磁感应强度大小为B=0.25T,两板间距d=0.4m,在M、N板间右侧部分有两根无阻导线P、Q与阻值为0.3Ω的电阻相连.已知MP和QN间距离相等且等于PQ间距离的一半,一根总电阻为r=0.2Ω均匀金属棒ab在右侧部分紧贴M、N和P、Q无摩擦滑动,忽略一切接触电阻.现有重力不计的带正电荷q=1.6×10-9C的轻质小球以v0=7m/s的水平初速度射入两板间恰能做匀速直线运动,则:
(1)M、N间的电势差应为多少?
(2)若ab棒匀速运动,则其运动速度大小等于多少?方向如何?
(3)维持棒匀速运动的外力为多大?
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(1)粒子在两板间恰能做匀速直线运动,所受的电场力与洛仑兹力相等,即:
Eq=qv0B
q=qv0B U d
所以:U=Bdv=0.7V
(2)洛仑兹力方向向上,则电场力方向向下,UMN>0,ab棒应向右做匀速运动
Ucd=
R BLcdv R+rcd
U=Uac+Ucd+Uab
即
R+B(Lac+Lab)v=UBLcdv R+rcd
解得:v=8m/s
(3)因为只有cd端上有电流,受到安培力F=BILcd
得:F=B
Lcd=BLcdv R+rcd
=0.05N B2Lcd2v R+rcd
答:(1)M、N间的电势差应为0.7V;
(2)若ab棒匀速运动,则其运动速度大小等于8m/s,方向向右;
(3)维持棒匀速运动的外力为0.05N