精英家教網(wǎng)如圖所示,兩等大的平行金屬板相距為d=2.50m,板間有一內(nèi)壁光滑的硬塑料管處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=1.43T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,管內(nèi)有一半徑可以忽略不計(jì)的帶電小球,球的質(zhì)量為m=12.0g,電荷量為q=0.100C、板的右側(cè)有一邊長(zhǎng)為L(zhǎng)=1.00m的正方形線圈,線圈在同樣的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞轉(zhuǎn)軸OO'勻速轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生的交變電壓經(jīng)過一理想的整流(將交流變成直流)裝置后,輸出的恒定電壓等于該交變電壓的有效值.兩金屬板間未加電壓時(shí),小球在管中沿逆時(shí)針方向做變速圓周運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)速率為v=8.00m/s,此時(shí)球?qū)鼙诘膲毫榱悖裟硶r(shí)刻將整流裝置輸出后的直流電壓加在兩金屬板間,此后小球?qū)⒆鰟蛩賵A周運(yùn)動(dòng),求(線圈電阻不計(jì),g取10m/s2
(1)兩板間未加電壓時(shí),小球在管的最左端受到管壁作用力的大小和方向:
(2)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)
分析:(1)根據(jù)牛頓第二定律,結(jié)合向心力表達(dá)式,再根據(jù)機(jī)械能守恒定律,即可求解;
(2)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,求出最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)值,再由電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)差關(guān)系,及電場(chǎng)力與重力相平衡,即可求解.
解答:解:(1)小球在最低點(diǎn)時(shí)qvB-mg=
mv2
R
,
解得R=0.750m.
小球由最低點(diǎn)到最左端過程機(jī)械能守恒
mv2
2
=mgR+
M
v
2
1
2

解得v1=7m/s
小球在最左端時(shí)  F+qv1B=
m
v
2
1
R
,
解得F=-0.217N,
“-”號(hào)說明小球受的管壁的作用力方向向左.
(2)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值為Em=2BLv=
2BLωL
2
=BωL2

電動(dòng)勢(shì)的有效值為E=
Em
2

兩板間電場(chǎng)強(qiáng)度為E=
U
d
=
E
d

由于小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),qE=mg.
由以上得ω=
2
mgd
qBL2
,
代入數(shù)據(jù)得ω=2.97rad/s.
答:(1)兩板間未加電壓時(shí),小球在管的最左端受到管壁作用力的大小0.217N,和方向向左;
(2)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω=
2
mgd
qBL2
點(diǎn)評(píng):考查牛頓第二定律、機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用,掌握向心力表達(dá)式,及電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)差的關(guān)系式的理解.
練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:

一束電子流在經(jīng)U=5 000 V的加速電壓加速后,在距兩極板等距處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場(chǎng),如圖所示.若兩板間距d=1.0 cm,板長(zhǎng)l=5.0 cm,那么,要使電子能從平行板間飛出,兩個(gè)極板上最多能加多大電壓?

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科目:高中物理 來源: 題型:

如圖所示,兩塊平行金屬板,相距為d.加上如圖所示的電壓,電壓的最大值為U,周期為T.現(xiàn)有一束離子束,其中每個(gè)粒子的電量為q、質(zhì)量為m,從與兩板等距處沿兩板平行的方向連續(xù)射入,設(shè)粒子通過平行板間區(qū)域所用的時(shí)間為T(與電壓的變化周期相同),且所有的粒子都可以通過兩板間的空間而打到右端的靶上.

 (1)粒子打到靶上的位置與靶的中心點(diǎn)O間的距離s與粒子入射時(shí)刻t有關(guān),寫出s與t[t]的函數(shù)關(guān)系式.

(2)求所有粒子打到靶上的位置的范圍(即求出它們與靶的中心點(diǎn)O的最大距離與最小距離).

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科目:高中物理 來源:2015屆浙江省高二上學(xué)期期中考試物理試卷(解析版) 題型:計(jì)算題

一束電子流在經(jīng)U =5000V的加速電壓加速后,在距兩極板等距處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場(chǎng),如圖所示.若兩板間距d =1.0 cm,板長(zhǎng)l =5.0 cm,那么,要使電子能 從平行板間飛出,兩個(gè)極板上最多能加多大電壓?

 

 

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科目:高中物理 來源:2015屆江西省高二上期中考試物理試卷(解析版) 題型:計(jì)算題

如圖所示,兩平行金屬板相距為d,加上如圖所示(b)所示的方波形電壓,電壓的最大值為U0,周期為T.現(xiàn)有重力可忽略的一束離子,每個(gè)離子的質(zhì)量為m,電量為q,從與兩板等距處的O點(diǎn),沿著與板平行的方向連續(xù)地射入兩板中。已知每個(gè)離子通過平行板所需的時(shí)間恰為T(電壓變化周期)且所有離子都能通過兩板間的空間,打在兩金屬板右端的熒光屏上,試求:

(1)離子打在熒光屏上的位置與O′點(diǎn)的最小距離

(2)離子打在熒光屏上的位置與O′點(diǎn)的最大距離。

 

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科目:高中物理 來源: 題型:閱讀理解