Question

【題目】如圖所示的電路中，兩平行金屬板A、B水平放置，兩板間距離d=40cm．電源電動(dòng)勢(shì)E=24V，內(nèi)電阻r=1Ω，電阻R=15Ω．閉合開(kāi)關(guān)S，待電路穩(wěn)定后，將一帶正電的小球從B板小孔以初速度v0=4m/s豎直向上射入板間．若小球帶電荷量q=1×10﹣2 C，質(zhì)量為m=2×10﹣2 kg，不考慮空氣阻力．那么，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為多大時(shí)，小球恰能到達(dá)A板？此時(shí)電源輸出功率是多大？（g取10m/s2）

Answer 1

【答案】解：設(shè)兩板間電壓為UAB，小球從B板到A板的過(guò)程，由動(dòng)能定理：

﹣mgd﹣qUAB=0﹣ mv02，

代入數(shù)據(jù)解得：UAB=8 V．

則滑動(dòng)變阻器兩端電壓為：U滑=UAB=8 V．

設(shè)通過(guò)滑動(dòng)變阻器電流為I，由閉合電路歐姆定律得：

I= = A=1 A．

滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻為：R滑= = Ω=8Ω

電源輸出功率為：P=I2（R+R滑）=12×（15+8）W=23 W

答：滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為8Ω；此時(shí)電源輸出功率是23W．

【解析】小球從B板到A板的過(guò)程，由動(dòng)能定理結(jié)合電場(chǎng)力做功求出AB之間的電勢(shì)差，也就是滑動(dòng)變阻器兩端電壓，由閉合電路歐姆定律求出流過(guò)滑動(dòng)變阻器的電流，根據(jù)歐姆定律求滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻。
【考點(diǎn)精析】通過(guò)靈活運(yùn)用動(dòng)能定理的綜合應(yīng)用和電功率和電功，掌握應(yīng)用動(dòng)能定理只考慮初、末狀態(tài)，沒(méi)有守恒條件的限制，也不受力的性質(zhì)和物理過(guò)程的變化的影響.所以，凡涉及力和位移，而不涉及力的作用時(shí)間的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，都可以用動(dòng)能定理分析和解答，而且一般都比用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和機(jī)械能守恒定律簡(jiǎn)捷；電流做功的實(shí)質(zhì)是電場(chǎng)力對(duì)電荷做功.電場(chǎng)力對(duì)電荷做功，電荷的電勢(shì)能減少，電勢(shì)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能.因此電功W=qU=UIt，這是計(jì)算電功普遍適用的公式. ? 單位時(shí)間內(nèi)電流做的功叫電功率，P=W/t=UI，這是計(jì)算電功率普遍適用的公式即可以解答此題．