如图所示,P、Q为足够长的光滑平行固定导轨,两者之间的距离为L=20cm,其电阻不计。导轨所在平面有沿竖直方向的匀强磁场,磁感应强度大小为B=5T,导轨右端连接着一电路,其中
◎ 题目
如图所示,P、Q为足够长的光滑平行固定导轨,两者之间的距离为L=20cm,其电阻不计。导轨所在平面有沿竖直方向的匀强磁场,磁感应强度大小为B=5T,导轨右端连接着一电路,其中R1=10Ω,R2=20Ω,R3=15Ω,R4=25Ω,平行板电容器板间距离d="10cm" ,电容C=5μF,板间有一质量为m=1.0×10-8kg,带电量为q=-0.5×10-8 C的带电液滴。导体棒ab的电阻不计,质量为M=0.5kg,垂直于导轨PQ放置且与之良好接触,在外力作用下,ab始终沿水平方向向左做匀速直线运动。当开关S接通位置1时,带电液滴恰好处于静止状态。试回答以下问题:(重力加速度g=10m/s2) (1)判断导轨平面内磁感线的方向,要求简要说明理由。 (2)求外力做功的功率。 (3)计算当开关由位置1转换到位置2时,带电液滴的加速度及流过电容器的电量。 |
◎ 答案
(1)由右手定则判断出磁感线方向竖直向上;原因见解析 (2) (3),方向向下; |
◎ 解析
(1)因为当开关S接通位置1时,带电液滴恰好处于静止状态,说明带电液滴受到竖直向上的电场力,而带电液滴带负电,因而导体棒ab的b端电势高而a端电势低,电流方向由a指向b。由右手定则判断出磁感线方向竖直向上。(5分) (2)设R1两端电压为U1,R2两端电压为U2,导体切割磁感线速率为,外力的大小为F 当开关接通位置1时,带电液滴恰好处于静止状态,所以有: ① (1分) 因为R1与R2串联,所以有: ② (1分) 设导体棒ab做切割磁感线运动产生的感应电动势为,则 ③ (1分) 又: ④ (1分) 联立以上各式代数求解得:,,,, 设外力的大小为F,外力做功的功率为P,则有 ⑤ (1分) 导体棒做匀速运动,外力的大小与安培力相等,所以有 ⑥ (1分) 代数求解得,外力做功的功率为 (1分) (3)设带电液滴的加速度大小为,由牛顿第二定律有: ⑦ (2分) 代数求解得:,方向向下。 (1分) 设开关接位置1与位置2时,电容器所带电量分别为和 则: ⑧ (1分) ⑨ (1分) 由电路可判断出,当开关由位置1转换到位置2时,流过电容器的电量为 ⑩ (3分) 说明:用其它方法求解,只要正确,同样给分。 |
◎ 知识点
专家分析,试题“如图所示,P、Q为足够长的光滑平行固定导轨,两者之间的距离为L=20cm,其电阻不计。导轨所在平面有沿竖直方向的匀强磁场,磁感应强度大小为B=5T,导轨右端连接着一电路,其中…”主要考查了你对 【磁场对通电导线的作用:安培力、左手定则】 等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。- 最新内容
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