如圖所示,光滑且足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌MNPQ固定在同一水平面上,兩導(dǎo)軌間距l = 0.2m,電阻R1 = 0.4Ω,導(dǎo)軌上靜止放置一質(zhì)量m = 0.1kg、電阻R2  = 0.1Ω的金屬桿,導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì),整個(gè)裝置處在磁感應(yīng)強(qiáng)度B1 = 0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)的方向豎直向下,現(xiàn)用一外力F沿水平方向拉桿,使之由靜止起做勻加速運(yùn)動(dòng)并開(kāi)始計(jì)時(shí),若5s末桿的速度為2.5m/s,求:

(1)5s末時(shí)電阻R上消耗的電功率;

(2)5s末時(shí)外力F的功率.

(3)若桿最終以8 m/s的速度作勻速運(yùn)動(dòng), 此時(shí)閉合電鍵S,射線源Q釋放的粒子經(jīng)加速電場(chǎng)C加速后從a孔對(duì)著圓心O進(jìn)入半徑r = m的固定圓筒中(筒壁上的小孔a只能容一個(gè)粒子通過(guò)),圓筒內(nèi)有垂直水平面向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。粒子每次與筒壁發(fā)生碰撞均無(wú)電荷遷移,也無(wú)機(jī)械能損失,粒子與圓筒壁碰撞5次后恰又從a孔背離圓心射出,忽略粒子進(jìn)入加速電場(chǎng)的初速度,若粒子質(zhì)量= 6.6×10-27 kg , 電量= 3.2×10-19 C, 則磁感應(yīng)強(qiáng)度B2 多大?若不計(jì)碰撞時(shí)間,粒子在圓筒內(nèi)運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間多大?

(1) 0.1 W (2) 0.25W (3)     1.57×10 -2 s


解析:

(1)5s末桿產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì) E =B l v = 0.5 ×0.2 ×2.5 V = 0.25 V 

 A = 0.5 A 

                                          

   電阻上消耗的電功率 PR = I 2 R1 = 0.1 W   (4分)

(2)金屬棒的加速度 

由牛頓定律  F- F = ma     

桿受的安培力  F = B I l

外力F的功率  P =Fv

由以上各式得  P = ( B I l + ma ) v = 0.25W(6分)

(3)此時(shí)回路電流強(qiáng)度為 A = 1.6A

     

   加速電場(chǎng)的電壓為 U = IR 1= 1.6×0.4 V = 0.64 V

     

   根據(jù)動(dòng)能定理:=

  粒子從C孔進(jìn)入磁場(chǎng)的速度v ==m/s ≈8.0×103 m/s (4分)

由題意知:粒子與圓筒壁碰撞5次后從a孔離開(kāi)磁場(chǎng), 由幾何關(guān)系求得∠d O b = 60°

軌跡半徑R == 1.0 m

    又:

    故: = T =1.65×10-5 T

 

  又:∠d O'b = , 粒子作圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角為

    根據(jù)  及 v =

 

  得 T = = s = 7.85×10-3 s

粒子在圓筒內(nèi)運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間 t = 2T = 2×7.85×10-3 s = 1.57×10 -2 s (7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,光滑且足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌MN和PQ固定在同一水平面上,兩導(dǎo)軌間距L=0.2m,電阻R=0.4Ω,導(dǎo)軌上靜止放置一質(zhì)量為m=0.1kg、電阻r=0.1Ω的金屬桿,導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì),整個(gè)裝置處在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向豎直向下,現(xiàn)用一個(gè)外力F沿水平方向拉桿,使之由靜止起做勻加速運(yùn)動(dòng)并開(kāi)始計(jì)時(shí),若5s末理想電壓表的讀數(shù)為0.2V.求
(1)5s末時(shí)電阻R上消耗的電功率
(2)金屬桿在5s末的運(yùn)動(dòng)速度
(3)5s末時(shí)外力F的功率.

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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,光滑且足夠長(zhǎng)的平行導(dǎo)軌MN和PQ固定在同一水平面上,兩導(dǎo)軌間距L=0.2m,電阻R1=0.4Ω,導(dǎo)軌上靜止放置一質(zhì)量m=0.1kg,電阻R2=0.1Ω的金屬桿,導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì),整個(gè)裝置處在磁感應(yīng)強(qiáng)度B1=0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)的方向豎直向下,現(xiàn)用一外力F沿水平方向拉桿,使之由靜止開(kāi)始做勻加速運(yùn)動(dòng)并開(kāi)始計(jì)時(shí),若5s末桿的速度為2.5m/s,求:
(1)5s末電阻R1上消耗的電功率.
(2)5s末外力F的功率
(3)若桿最終以8m/s的速度做勻速運(yùn)動(dòng),此時(shí)閉合電鍵S,α射線源A釋放的α粒子經(jīng)加速電場(chǎng)C加速后從  a 孔對(duì)著圓心0進(jìn)入半徑r=
3
m   的固定圓筒中,(筒壁上的小孔  a 只能容一個(gè)粒子通過(guò))圓筒內(nèi)有垂直水平面向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2的勻強(qiáng)磁場(chǎng).α粒子每次與筒壁發(fā)生碰撞均無(wú)電荷遷移,也無(wú)機(jī)械能損失,粒子與圓筒壁碰撞5次后恰又從a  孔背離圓心射出,忽略α粒子進(jìn)入加速電場(chǎng)的初速度,α粒子 質(zhì)量mα=6.6×10-27kg,電荷量qα=3.2×10-19C,則磁感應(yīng)強(qiáng)度B2多大?若不計(jì)碰撞時(shí)間,粒子在圓筒內(nèi)運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間多大?(不計(jì)粒子之間的相互作用)(開(kāi)根號(hào)時(shí),
6.4
6.6
可取1)

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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,光滑且足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌MN和PQ固定在同一水平面上,兩導(dǎo)軌間距離L=0.2m,電阻R1=0.4Ω,導(dǎo)軌上靜止放置一質(zhì)量m=0.1kg,電阻R2=0.1Ω的金屬桿ab,導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì),整個(gè)裝置處在磁感應(yīng)強(qiáng)度B1=0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)的方向豎直向下,現(xiàn)用一外力F沿水平方向拉桿ab,使之由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng),最終以8m/s的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng).若此時(shí)閉合開(kāi)關(guān)S,釋放的α粒子經(jīng)加速電場(chǎng)C加速?gòu)腶孔對(duì)著圓心O進(jìn)入半徑r=
3
m
的固定圓筒中(筒壁上的小孔a只能容一個(gè)粒子通過(guò)),圓筒內(nèi)有垂直水平面向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2的勻強(qiáng)磁場(chǎng),α粒子每次與筒壁發(fā)生碰撞均無(wú)電荷遷移,也無(wú)機(jī)械能損失.(α粒子質(zhì)量m≈6.4×10-23kg,電荷量q=3.2×10-19C).求:
(1)ab桿做勻速直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,外力F的功率;
(2)α射線源Q是釷核
 
294
63
Th發(fā)生衰變生成鐳核
 
295
56
Ha并粒出一個(gè)α粒子,完成下列釷核的衰變方程
 
256
60
Th→
 
258
58
Ra+
 
;
(3)若α粒子與圓筒壁碰撞5次后恰又從a孔背離圓心射出,忽略α粒子進(jìn)入加速電場(chǎng)的初速度,求磁感應(yīng)強(qiáng)度B2

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

如圖所示,光滑且足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌固定在同一水平面上,兩導(dǎo)軌間距,電阻,導(dǎo)軌上靜止放置一質(zhì)量、電阻的金屬桿,導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì),整個(gè)裝置處在磁感應(yīng)強(qiáng)度的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)的方向豎直向下,現(xiàn)用一外力沿水平方向拉桿,使之由靜止起做勻加速運(yùn)動(dòng)并開(kāi)始計(jì)時(shí),若5s末理想電壓表的讀數(shù)為0.2V.求:

(1)5s末時(shí)電阻上消耗的電功率;

(2)金屬桿在5s末的運(yùn)動(dòng)速率;

(3)5s末時(shí)外力的功率.

  

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

如圖所示,光滑且足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌MN和PQ固定在同一水平面上,兩導(dǎo)軌間距離L=0.2m,電阻R1=0.4,導(dǎo)軌上靜止放置一質(zhì)量m=0.1kg,電阻R2=0.1的金屬桿ab,導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì),整個(gè)裝置處在磁感應(yīng)強(qiáng)度B1=0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)的方向豎直向下,現(xiàn)用一外力F沿水平方向拉桿ab,使之由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng),最終以8m/s的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)。若此時(shí)閉合開(kāi)關(guān)S,釋放的粒子經(jīng)加速電場(chǎng)C加速?gòu)腶孔對(duì)著圓心O進(jìn)入半徑r=的固定圓筒中(筒壁上的小孔a只能容一個(gè)粒子通過(guò)),圓筒內(nèi)有垂直水平面向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2的勻強(qiáng)磁場(chǎng),粒子每次與筒壁發(fā)生碰撞均無(wú)電荷遷移,也無(wú)機(jī)械能損失。(粒子質(zhì)量m≈6.4×10-23kg,電荷量q=3.2×10-19C)。求:

  

(1)ab桿做勻速直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,外力F的功率;

(2)射線源Q是釷核發(fā)生衰變生成鐳核

并粒出一個(gè)粒子,完成下列釷核的衰變方程     ;

(3)若粒子與圓筒壁碰撞5次后恰又從a孔背離圓心射出,忽略粒子進(jìn)入加速電場(chǎng)的初速度,求磁感應(yīng)強(qiáng)度B2

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