两相互平行且足够长的水平金属导轨MN、PQ放在竖直平面内,相距0.4m,左端接有平行板电容器,板间距离为0.2m,右端接滑动变阻器R.水平匀强磁场磁感应强度为10T,垂直于导轨

◎ 题目

两相互平行且足够长的水平金属导轨MN、PQ放在竖直平面内,相距0.4m,左端接有平行板电容器,板间距离为0.2m,右端接滑动变阻器R.水平匀强磁场磁感应强度为10T,垂直于导轨所在平面,整个装置均处于上述匀强磁场中,导体棒CD与金属导轨垂直且接触良好,棒的电阻为1Ω,其他电阻及摩擦不计.现在用与金属导轨平行,大小为2N的恒力F使棒从静止开始运动.已知R的最大阻值为2Ω,g=10m/s2.则:
(1)滑动变阻器阻值取不同值时,导体棒处于稳定状态时拉力的功率不一样,求导体棒处于稳定状态时拉力的最大功率.
(2)当滑动触头在滑动变阻器中点且导体棒处于稳定状态时,一个带电小球从平行板电容器左侧,以某一速度沿两板的正中间且平行于两极板射入后,在两极板间恰好做匀速直线运动;当滑动触头位于最下端且导体棒处于稳定状态时,该带电小球以同样的方式和速度射入,小球在两极板间恰好做匀速圆周运动,则小球的速度为多大,做圆周运动的轨道半径多大?
魔方格

◎ 答案

(1)当棒达到匀速运动时,金属棒受到的安培力:
FB=BIL=B
E
R+r
L=B
BLv
R+r
L=
B2L2v
R+r

由平衡条件得:F=FB,即:F=
B2L2v
R+r

导体棒的速度v=
F(R+r)
B2L2

拉力功率P=Fv=
F2(R+r)
B2L2

由此可知,回路的总电阻越大时,拉力功率越大,
当R=2Ω时,拉力功率最大,Pm=0.75(W);
(2)当触头滑到中点即R=1Ω时,
棒匀速运动的速度v1=
F(R+r)
B2L2
=0.25(m/s),
导体棒产生的感应电动势E1=BLv1=10×0.4×0.25=1(V),
电容器两极板间电压U1=
E1R
R+r
=0.5(V),
魔方格

由于棒在平行板间做匀速直线运动,则小球必带正电,
此时小球受力情况如图所示,设小球的入射速度为v0
由平衡条件知:F+f=G   即 q
U1
d
+qv0B=mg  ①,
当滑头滑至下端即R=2Ω时,棒的速度V2
F(R+r)
B2L2
=
3
8
(m/s),
导体棒产生的感应电动势  E2=BLV2=1.5V,
电容器两极板间的电压U2=
E2R
R+r
=1V,
由于小球在平行板间做匀速圆周运动,
电场力与重力平衡,于是:q
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在如图a所示电路中,闭合电键S,当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动的过程中,四个理想电表的示数都发生变化。图b中三条图线分别表示了三个电压表示数随电流的变化的情况。其中
在如图a所示电路中,闭合电键
调整如图所示电路的可变电阻R的阻值,使电压表V的示数增大ΔU,在这个过程中[]A.通过R1的电流增加,增加量一定等于ΔU/R1B.R2两端的电压减小,减少量一定等于ΔUC.通过R2的
调整如图所示电路的可变电阻
如图所示的电路,闭合开关S,当滑动变阻器滑片p向右移动时,下列说法正确的是[]A.电流表读数变小,电压表读数变大B.小电泡L变暗C.电容器C上电荷量减小D.电源的总功率变小
如图所示的电路,闭合开关S,
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直流电动机的内电阻r=2,与R
如图所示电路的电源内阻不可忽略,若调整可变电阻R的阻值,可使电压表V的示数增大△U(电压表为理想电表),在这个过程中[]A.通过R1的电流增加,增加量一定等于△U/R1B.R2两端的
如图所示电路的电源内阻不可