如圖所示,P、Q為足夠長(zhǎng)的光滑平行固定導(dǎo)軌,兩者之間的距離為L(zhǎng)=20cm,其電阻不計(jì)。導(dǎo)軌所在平面有沿豎直方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=5T,導(dǎo)軌右端連接著一電路,其中R1=10Ω,R2=20Ω,R3=15Ω,R4=25Ω,平行板電容器板間距離d=10cm ,電容C=5μF,板間有一質(zhì)量為m=1.0×10-kg,帶電量為q=-0.5×10- C的帶電液滴。導(dǎo)體棒ab的電阻不計(jì),質(zhì)量為M=0.5kg,垂直于導(dǎo)軌PQ放置且與之良好接觸,在外力作用下,ab始終沿水平方向向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)開(kāi)關(guān)S接通位置1時(shí),帶電液滴恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)。試回答以下問(wèn)題:(重力加速度g=10m/s2

(1)判斷導(dǎo)軌平面內(nèi)磁感線的方向,要求簡(jiǎn)要說(shuō)明理由。

(2)求外力做功的功率。

(3)計(jì)算當(dāng)開(kāi)關(guān)由位置1轉(zhuǎn)換到位置2時(shí),帶電液滴的加速度及流過(guò)電容器的電量。

(1)由右手定則判斷出磁感線方向豎直向上;原因見(jiàn)解析

(2)

(3),方向向下;


解析:

(1)因?yàn)楫?dāng)開(kāi)關(guān)S接通位置1時(shí),帶電液滴恰好處于靜止?fàn)顟B(tài),說(shuō)明帶電液滴受到豎直向上的電場(chǎng)力,而帶電液滴帶負(fù)電,因而導(dǎo)體棒ab的b端電勢(shì)高而a端電勢(shì)低,電流方向由a指向b。由右手定則判斷出磁感線方向豎直向上。(5分)

(2)設(shè)R1兩端電壓為U1,R2兩端電壓為U2,導(dǎo)體切割磁感線速率為,外力的大小為F

當(dāng)開(kāi)關(guān)接通位置1時(shí),帶電液滴恰好處于靜止?fàn)顟B(tài),所以有:

     ①      (1分)

因?yàn)镽1與R2串聯(lián),所以有:    ②      (1分)

設(shè)導(dǎo)體棒ab做切割磁感線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為,則

     ③        (1分)

又:               ④        (1分)

聯(lián)立以上各式代數(shù)求解得:,,,

設(shè)外力的大小為F,外力做功的功率為P,則有

      、           (1分)

導(dǎo)體棒做勻速運(yùn)動(dòng),外力的大小與安培力相等,所以有

                、           (1分)

代數(shù)求解得,外力做功的功率為                   (1分)

(3)設(shè)帶電液滴的加速度大小為,由牛頓第二定律有:

          ⑦              (2分)

代數(shù)求解得:,方向向下。                     (1分)

設(shè)開(kāi)關(guān)接位置1與位置2時(shí),電容器所帶電量分別為

則:      、                  (1分)

       ⑨                  (1分)

由電路可判斷出,當(dāng)開(kāi)關(guān)由位置1轉(zhuǎn)換到位置2時(shí),流過(guò)電容器的電量為

      ⑩                  (3分)

說(shuō)明:用其它方法求解,只要正確,同樣給分。

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

如圖所示,P、Q為水平面內(nèi)平行放置的光滑金屬長(zhǎng)直導(dǎo)軌,間距為L(zhǎng)1,處在豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.一導(dǎo)體桿ef垂直P(pán)、Q放在導(dǎo)軌上,在外力作用下向左做勻速直線運(yùn)動(dòng).質(zhì)量為 m、每邊電阻均為r、邊長(zhǎng)為L(zhǎng)2的正方形金屬框 abcd 置于豎直平面內(nèi),兩頂點(diǎn) a、b通過(guò)細(xì)導(dǎo)線(重力不計(jì))與導(dǎo)軌相連,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B2的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直金屬框向里,金屬框恰好處于靜止?fàn)顟B(tài).不計(jì)其余電阻和細(xì)導(dǎo)線對(duì)a、b點(diǎn)的作用力.則
(1)判斷流過(guò)dc邊電流的方向;
(2)通過(guò) ab 邊的電流Iab是多大?
(3)導(dǎo)體桿 ef 的運(yùn)動(dòng)速度v是多大?

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

(2009?嘉定區(qū)一模)如圖所示,P、Q為水平面內(nèi)平行放置的金屬長(zhǎng)直導(dǎo)軌,間距為L(zhǎng)1,處在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.一根質(zhì)量為M、電阻為r的導(dǎo)體桿ef垂直于P、Q放在導(dǎo)軌上,導(dǎo)體桿ef與P、Q導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因素為μ.在外力作用下導(dǎo)體桿ef向左做勻速直線運(yùn)動(dòng).質(zhì)量為m、每邊電阻均為r、邊長(zhǎng)為L(zhǎng)2的正方形金屬框abcd置于豎直平面內(nèi),兩頂點(diǎn)a、b通過(guò)細(xì)導(dǎo)線與導(dǎo)軌相連,金屬框處在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2、方向垂直框面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,金屬框恰好處于靜止?fàn)顟B(tài).不計(jì)其余電阻和細(xì)導(dǎo)線對(duì)a、b點(diǎn)的作用力.求:
(1)通過(guò)ab邊的電流Iab;
(2)導(dǎo)體桿ef做勻速直線運(yùn)動(dòng)的速度v;
(3)外力做功的功率P;
(4)t時(shí)間內(nèi),導(dǎo)體桿ef向左移動(dòng)時(shí)克服摩擦力所做的功.

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

(2011?普陀區(qū)二模)如圖所示,P、Q為帶電量分別為+q和-q的兩個(gè)等量異種點(diǎn)電荷,兩者相距L,O為PQ連線的中點(diǎn),那么在PQ連線上的各點(diǎn)中( 。

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

精英家教網(wǎng)如圖所示,P、Q為兩根相距為L(zhǎng)且互相平行的長(zhǎng)直光滑的金屬導(dǎo)軌,其左端與電容為C的電容器和阻值分別為R1、R2的電阻連成圖示電路,質(zhì)量為m的金屬棒ab與導(dǎo)軌垂直放置,且接觸良好,其電阻為r(導(dǎo)軌電阻不計(jì)),整個(gè)裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直導(dǎo)軌平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.現(xiàn)閉合開(kāi)關(guān)S,用大小為F的水平力拉棒ab,使它水平向右運(yùn)動(dòng).求:
(1)棒ab的最大速度;
(2)棒ab達(dá)最大速度時(shí)電容器的帶電量;
(3)在棒ab達(dá)最大速度后,斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S、并同時(shí)撤去水平拉力F,此后電阻R1產(chǎn)生的熱量多大?

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