如圖所示，光滑的平行導(dǎo)軌P、Q相距l＝1m,處在同一水平面中，導(dǎo)軌左端接有如圖所示的電路，其中水平放置的平行板電容器C兩極板M、N間距離d＝10mm，定值電阻R1＝R3＝8Ω，R2＝2Ω，導(dǎo)軌電阻不計．磁感應(yīng)強度B＝0.4T的勻強磁場豎直向下穿過導(dǎo)軌平面，當(dāng)金屬棒ab沿導(dǎo)軌向右勻速運動(開關(guān)S斷開)時，電容器兩極板之間質(zhì)量m＝1×10－4kg，帶電荷量q＝－11×10－15C的微粒恰好靜止不動；當(dāng)S閉合時，粒子立即以加速度a＝7m/s2向下做勻加速運動，取g＝10m/s2，在整個運動過程中金屬棒與導(dǎo)軌接觸良好，且運動速度保持恒定．求：

(1)

當(dāng)S斷開時，電容器上M、N哪個極板電勢高；當(dāng)S斷開時，ab兩端的路端電壓是多大？

(2)

金屬棒的電阻多大？

(3)

金屬棒ab運動的速度多大？

(4)

S閉合后，使金屬棒ab做勻速運動的外力的功率多大？

答案：
解析：

(1)

解答：S斷開時，帶電微粒在電容器兩極板間靜止，受向上的電場力和向下的重力作用而平衡．……①(2分)

由①式求得電容器兩極板間的電壓：

由于微粒帶負(fù)電，可電容器M極板電勢高．(1分)

Uab＝U1＝1V(1分)

(2)

解：由于S斷開，R1上無電流，R2、R3上電壓等于U1，電路中的感應(yīng)電流．

即通過R2、R3的電流強度為(1分)

由閉合電路歐姆定律可知：ab切割磁感線運動產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為：E＝U1＋I1……②

其中r為ab金屬棒的電阻．

當(dāng)閉合S后，帶電粒子向下做勻加速運動，根據(jù)牛頓第二定律∑F＝ma有：

……③(1分)

求得S閉合后電容器兩極板間的電壓

這時電路中的感應(yīng)電流為：

根據(jù)閉合電路歐姆定律有：……④(1分)

將相應(yīng)數(shù)據(jù)和已知量代入②④求得E＝1.2V，r＝2Ω(1分)

(3)

解：又∵E＝BLv∴v＝3m/s(2分)

即金屬棒做勻速運動的速度為3m/s．(2分)

(4)

解：S閉合后，通過ab的電流I2＝0.15A．外力的功率等于電源總功率，

即P＝I2E＝0.15×1.2＝0.18W．


練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來源： 題型：

如圖所示，光滑的平行金屬導(dǎo)軌與水平面夾角為45°，兩導(dǎo)軌相距0.2m，導(dǎo)軌上有質(zhì)量m為0.4kg的金屬棒MN．當(dāng)MN棒中通以2A的電流時，金屬棒處于靜止?fàn)顟B(tài)，整個裝置處在豎直向上的勻強磁場中（g取10m/s2），求：
（1）棒MN中的電流方向；
（2）棒MN所受磁場力的大小和方向；
（3）磁感應(yīng)強度B的大�。�

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科目：高中物理 來源： 題型：

如圖所示，光滑的平行導(dǎo)軌傾角為θ，處在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，導(dǎo)軌中接入電動勢為E、內(nèi)阻為r的直流電源．電路中有一阻值為R的電阻，其余電阻不計，將質(zhì)量為m、長為L的導(dǎo)體棒由靜止釋放，求導(dǎo)體棒在釋放瞬間的加速度的大�。�

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科目：高中物理 來源： 題型：

如圖所示，光滑的平行金屬導(dǎo)軌水平放置，電阻不計，導(dǎo)軌間距為L=1m，左側(cè)接一阻值為R=0.3Ω的電阻，區(qū)域efgh內(nèi)存在垂直軌道平面向下的有界勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B=0.5T，磁場的寬度為d=1m；一質(zhì)量為m=1kg，電阻為r=0.2Ω的金屬棒MN置于導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，受到F=0.5v+0.4（N）（v為金屬棒運動速度）的水平力作用，從磁場的左邊界ef由靜止開始運動，測得電阻兩端電壓隨時間均勻增大．
（1）若撤去水平力后棒的速度v隨位移x的變化規(guī)律滿足v=v0-
B2L2m(R+r)
?x，且棒在運動到gh處時恰好靜止，則水平力F作用的時間t為多少？
（2）若在棒未出磁場區(qū)域時撤去水平力F，畫出棒在整個運動過程中速度v隨位移x變化的各種可能的圖線．

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科目：高中物理 來源： 題型：

精英家教網(wǎng)如圖所示水平光滑的平行金屬導(dǎo)軌，左端接有電阻R，勻強磁場B豎直向下分布在導(dǎo)軌所在空間內(nèi)，質(zhì)量一定的金屬棒PQ垂直于導(dǎo)軌放置．今使棒以一定的初速度v0向右運動，當(dāng)其通過位置a、b時，速率分別為va、vb，到位置c時棒剛好靜止．設(shè)導(dǎo)軌與棒的電阻均不計、a、b與b、c的間距相等，則金屬棒在由a→b與b→c的兩個過程中下列說法中正確的是（　�。�

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科目：高中物理 來源： 題型：

（2013?普陀區(qū)一模）如圖所示，光滑的平行導(dǎo)軌P、Q相距L=1m，處在同一水平面內(nèi)，導(dǎo)軌左端接有如圖所示的電路．其中水平放置的兩平行金屬板間距離d=10mm，定值電阻R1=R3=8Ω，R2=2Ω，金屬棒ab電阻r=2Ω，導(dǎo)軌電阻不計，磁感應(yīng)強度B=0.3T的勻強磁場豎直向下穿過導(dǎo)軌平面．金屬棒ab沿導(dǎo)軌向右勻速運動，當(dāng)電鍵S閉合時，兩極板之間質(zhì)量m=1×10-14kg、帶電荷量q=-1×10-15C的粒子以加速度a=7m/s2向下做勻加速運動，兩極板間的電壓為
0.3
0.3
V；金屬棒ab運動的速度為
4
4
m/s．

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