精英家教網 > 高中物理 > 題目詳情
如圖所示,間距為、半徑為的內壁光滑的圓弧固定軌道,右端通過導線接有阻值為的電阻,圓弧軌道處于豎直向上的勻強磁場中,磁場的磁感應強度為。質量為、電阻為、長度也為的金屬棒,從與圓心等高的處由靜止開始下滑,到達底端時,對軌道的壓力恰好等于金屬棒的重力2倍,不計導軌和導線的電阻,空氣阻力忽略不計,重力加速度為。求:

(1)金屬棒到達底端時,電阻兩端的電壓多大;
(2)金屬棒從處由靜止開始下滑,到達底端的過程中,通過電阻的電量
(3)用外力將金屬棒以恒定的速率從軌道的低端拉回與圓心等高的處的過程中,電阻產生的熱量。
(1)(2) (3)

試題分析:(1)金屬棒滑到軌道最低點時,根據牛頓定律有
            ①
根據題意
           ②
金屬棒切割磁感線產生的電動勢
         ③
金屬棒產生的感應電流 
       ④ 
電阻兩端的電壓
       ⑤
由方程①②③④⑤式解得
      ⑥
(2)金屬棒從ab處由靜止開始下滑,到達底端cd的過程中,通過電阻R的電量:
       ⑦
根據歐姆定律有:
       ⑧
根據法拉第電磁感應定律有:
      ⑨
線框進入磁場過程中磁通量的變化量:
        ⑩
由以上各式解得:
        ⑾
(3)金屬棒以恒定的速率從軌道的低端拉回與圓心等高的處的過程中,金屬棒垂直于磁場方向的速度
        ⑿
金屬棒切割產生的電動勢
          ⒀
電路中的電流
       ⒁
金屬棒運動的時間
           ⒂
金屬棒產生的熱量
           ⒃
解得         ⒄
評分標準:本題16分。第一問共5分,其中①③④⑤⑥式每式各1分;第二問共計5分,其中⑦⑧⑨⑩⑾式每式各1分。第三問共計6分。其中⑿⒀⒁⒂⒃⒄式每式各1分。
練習冊系列答案
相關習題

科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

在水平地面上方有正交的勻強電場和勻強磁場,勻強電場方向豎直向下,勻強磁場方向水平向里,F將一個帶正電的金屬小球從M點以初速度v。水平拋出,小球著地時的速度為v1,,在空中的飛行時間為t1 將磁場撤除,其它條件均不變,小球著地時的速度為v2,在空中飛行的時間為t2,小球所受空氣阻力可忽略不計,則關于v1和v2,t1和t2的大小比較,以下判斷正確的是
A.v1>v2t1>t2B.v1<v2t1<t2
C.v1=v2t1<t2D.v1=v2t1>t2

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:不詳 題型:計算題

如圖所示,A、B為兩塊足夠大的相距為d的平行金屬板,接在電壓為U的電源上。在A板的中央P點放置一個電子發(fā)射源?梢韵蚋鱾方向釋放電子,射出的初速度為v,電子打在B板上的區(qū)域面積為S,(不計電子的重力),試求電子的比荷

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:不詳 題型:計算題

(14分)如圖所示,空間有相互垂直的勻強電場和勻強磁場交界于虛線,電場強度為,虛線下方勻強磁場范圍足夠大,磁感應強度為,現有質量為、電量為的帶正電粒子從距電磁場邊界處無初速釋放(帶電粒子重力可忽略不計).求: 

(1)帶電粒子剛離開電場時速度大;
(2)帶電粒子在勻強磁場中運動的軌跡半徑;
(3)帶電粒子第一次在勻強磁場中運動的時間.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:不詳 題型:計算題

(20分)如圖所示,在直角坐標xOy平面y軸左側(含y軸)有一沿y軸負向的勻強電場,一質量為m,電量為q的帶正電粒子從x軸上P處以速度沿x軸正向進入電場,從y軸上Q點離開電場時速度方向與y軸負向夾角,Q點坐標為(0,-d),在y軸右側有一與坐標平面垂直的有界勻強磁場區(qū)域(圖中未畫出),磁場磁感應強度大小,粒子能從坐標原點O沿x軸負向再進入電場.不計粒子重力,求:

(1)電場強度大小E;
(2)如果有界勻強磁場區(qū)域為半圓形,求磁場區(qū)域的最小面積;
(3)粒子從P點運動到O點的總時間.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:不詳 題型:計算題

如圖甲所示,建立x0y坐標系,兩平行極板P、Q垂直于y軸且關于x軸對稱,極板長度和板間距均為L,第Ⅰ、Ⅳ象限分布著勻強磁場,方向垂直于x0y平面向里。位于極板左側的粒子源可沿x軸向右發(fā)射質量為m、電量為q、速度相同、重力不計的帶正電粒子。在0~3t0時間內兩極板所加電壓如圖乙所示。已知,若粒子在t=0時刻射入,將恰好在t0時刻經極板邊緣射入磁場。上述m、q、L、t0為已知量,且忽略粒子間的相互影響。求:

(1)電壓U0的大;
(2)勻強磁場的磁感應強度B;
(3)0~3t0時間內何時射入的粒子在磁場中運動的時間最短,并求出此最短時間。

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:不詳 題型:計算題

(18分)如圖所示,坐標空間中有場強為E的勻強電場和磁感應強度為B的勻強磁場,Y軸為兩種場的分界面,圖中虛線為磁場區(qū)域的右邊界,現有一質量為m,電荷量為-q的帶電粒子從電場中坐標位置(-L,0)處,以初速度v0沿x軸正方向開始運動,且已知 L=mv02/Eq(重力不計),試求:

使帶電粒子能穿越磁場區(qū)域而不再返回電場中,磁場的寬度d 應滿足的條件.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:不詳 題型:計算題

(16分)如圖所示,S粒子源能夠產生大量的質量為m、電荷量為+q的粒子(重力不計)。粒子從O1孔進入一個水平方向的加速電場(初速不計),再經小孔O2進入相互正交的勻強電場和勻強磁場區(qū)域,電場強度大小為E,磁感應強度大小為B1,方向如圖。虛線PQ、MN之間存在著水平向右的勻強磁場,磁場范圍足夠大,磁感應強度大小為B2。一塊折成直角的硬質塑料片abc(不帶電,寬度、厚度都很小可以忽略不計)放置在PQ、MN之間,截面圖如圖,a、c兩點分別位于PQ、MN上,ab=bc=L,α= 45º。粒子能沿圖中虛線O2O3的延長線進入PQ、MN之間的區(qū)域。

⑴求加速電壓U1;
⑵假設粒子與硬質塑料板相碰后,速度大小不變,方向變化遵守光的反射定律,那么粒子與塑料片第一次相碰后到第二次相碰前做什么運動?
⑶粒子在PQ、MN之間的區(qū)域中運動的總時間t和總路程s分別是多少?

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:不詳 題型:計算題

在科學研究中,可以通過施加適當的電場和磁場來實現對帶電粒子運動的控制。如圖所示的xOy平面處于勻強電場和勻強磁場中,電場強度E和磁感應強度B隨時間t做周期性變化的圖象如圖所示。x 軸正方向為E的正方向,垂直紙面向里為B的正方向。在坐標原點O有一粒子P,其質量和電荷量分別為m和+q.不計重力。在t=時刻釋放P,它恰能沿一定軌道做往復運動。

(1)求P在磁場中運動時速度的大小v0;
(2)求B0應滿足的關系;
(3)在t0(0<t0)時刻釋放P,求P速度為零時的坐標。

查看答案和解析>>

同步練習冊答案