Question

高考物理专题 带电粒子在电场和磁场中的运动

一个带负电的滑环，套在水平且足够长的粗糙的绝缘杆上，整个装置方向如图所示的匀强磁场中，开始时滑环静止，现给滑环施加一个水平向右的恒力F作用并开始计时，则描述滑环在杆上的运动情况不可能发生的 。
我想知道的是加速度这个哪里错了？为什么不可能发生 ？求解答

Answer 1

滑环在水平方向受到两个力作用：
向右的恒力F和滑动摩擦力f；
滑环在竖直方向受到三个力作用:
向下的重力G,杆的弹力N（一开始向上后来向下）
和向上的洛伦兹力f'（根据左手定则判定）.
刚开始的瞬间，洛伦兹力f'=qvB=0,支持力N=mg,合力F-f=F-μmg,加速度a=F/m-μg;
刚开始的一段时间内，F>f,滑环加速，f'=qvB增大，支持力N=mg-qvB在减小，f=μN减小，合力F-f增大，加速度在增大；
当速度增大到使f'=qvB=mg时，N=0，f=0,合力等于F,此时加速度取得最大值a=F/m;
随后，由于速度继续增大，f'=qvB继续增大，弹力N的方向转为向下，大小为N=qvB-mg,在逐渐增大，因此摩擦力f=μN在逐渐增大，合力F-f在逐渐减小，加速度a在逐渐减小；
当速度增大到使F=μ(qvB-mg)时，合力为0，加速度为零，速度取得最大值。
此后滑环一直做匀速直线运动。

追问

那前半段图象是不是应该是凸的而不是凹的呢？

追答

由于加速度的变化是连续的，所以两段曲线都是凸的。否则加速度最大时，加速度的变化率是无穷大，是不现实的。

Answer 2

对滑环进行受理分析，它受到水平向右的恒力F，当运动时，磁场会给它一个力，这个力的作用方向垂直于杆，将施予滑环摩擦力，方向向左。则可以把加速度写出：
a=（F-f)/m
其中f=uBqv
可知，开始时F大于f，加速度为正，随着运动，滑环的速度会增加，这就会导致f增大，从而又使a减小，直到为零。

Answer 3

刚开始加速度最大 此后越来越小 因为刚开始 恒力向右 摩擦力和安培力均向左 随着时间的增加 速度增大 合力减小加速度减小 直到最后加速度为零后做匀速直线运动

Answer 4

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