如图所示,两互相平行的水平金属导轨MN、PQ放在竖直平面内,相距为L="0."4m,左端接平行板电容器,板间距离为d="0."2m,右端接滑动变阻器R(R的最大阻值为2Ω,整个空间

◎ 题目

如图所示,两互相平行的水平金属导轨MNPQ放在竖直平面内,相距为L="0." 4 m,左端接平行板电容器,板间距离为d="0." 2 m,右端接滑动变阻器RR的最大阻值为2Ω,整个空间有水平匀强磁场,磁感应强度为B="10" T,方向垂直于导轨所在平面。导体棒CD与导轨接触良好,棒的电阻为r=1Ω,其他电阻及摩擦均不计,现对导体棒施加与导轨平行的大小为F="2" N的恒力作用,使棒从静止开始运动,取。求:
(1)当滑动变阻器R接入电路的阻值最大时,拉力的最大功率是多大?
(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,一带电小球从平行板电容器左侧沿两极板的正中间入射,在两极板间恰好做匀速直线运动;当滑动触头在滑动变阻器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入射,在两极板间恰好能做匀速圆周运动,求圆周的半径是多大?

◎ 答案

(1)0. 75 W
(2)轨道的半径为m。

◎ 解析

(1)导体棒CDF作用下向左做切割磁感线运动,在棒中产生的感应电动势为
由闭合电路的欧姆定律得导体棒CD中的电流为
当导体棒CD处于稳定状态时,CD棒所受合外力为零,此时拉力F的功率最大,即有
此时拉力F的功率为
解得
代入数值解得P="0." 75 W
(2)当滑动触头在滑动变阻器中点时,=1Ω,且导体棒CD处于稳定状态时有,得CD棒中产生的感应电动势为
此时电容器两极板间的电压为
带电小球受到平衡力作用而做匀速直线运动,设水平速度为,则有
当滑动触头在滑动变阻器的最下端时,=2Ω,且
当导体棒CD再次处于稳定状态时,有
CD棒中产生的感应电动势为
此时电容器两极板间的电压为
由于带电小球恰好能做匀速圆周运动,则应有:


联立方程组得轨道的半径为m。

◎ 知识点

    专家分析,试题“如图所示,两互相平行的水平金属导轨MN、PQ放在竖直平面内,相距为L="0."4m,左端接平行板电容器,板间距离为d="0."2m,右端接滑动变阻器R(R的最大阻值为2Ω,整个空间…”主要考查了你对  【电磁感应现象的综合应用】  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。

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