(18分)如圖為某同學(xué)設(shè)計的速度選擇裝置,兩根足夠長的光滑導(dǎo)軌MM/和NN/間距為L與水平面成θ角,上端接滑動變阻器R,勻強磁場B0垂直導(dǎo)軌平面向上,金屬棒ab質(zhì)量為m恰好垂直橫跨在導(dǎo)軌上;瑒幼冏杵鱎兩端連接水平放置的平行金屬板,極板間距為d,板長為2d,勻強磁場B垂直紙面向內(nèi)。粒子源能發(fā)射沿水平方向不同速率的帶電粒子,粒子的質(zhì)量為m0,電荷量為q,ab棒的電阻為r,滑動變阻器的最大阻值為2r,其余部分電阻不計,不計粒子重力。

(1)(7分)ab棒靜止未釋放時,某種粒子恰好打在上極板中點P上,判斷該粒子帶何種電荷?該粒子的速度多大?
(2)(5分)調(diào)節(jié)變阻器使R=0.5r,然后釋放ab棒,求ab棒的最大速度?
(3)(6分)當(dāng)ab棒釋放后達(dá)到最大速度時,若變阻器在r≤R≤2r范圍調(diào)節(jié),總有粒子能勻速穿過平行金屬板,求這些粒子的速度范圍?
(1) (2)(3)

(1)(7分)
由左手定則可知:該粒子帶正電荷。 (1分)
粒子在磁場中做圓周運動,設(shè)半徑為r,速度為v0
幾何關(guān)系有:   (2分)
得:(1分)

粒子做勻速圓周運動,由牛頓第二定律: (2分)
得:    (1分)
(2)(5分)ab棒達(dá)到最大速度時做勻速運動:  ①(2分)
    
對回路,由閉合電路歐姆定律:  ②(2分)
由①②得:(1分)
(3)(6分)當(dāng)ab棒達(dá)到最大速度時,設(shè)變阻器接入電路電阻為R,電壓為U
由①式得:
對變阻器,由歐姆定律:   ③ (1分)
極板電壓也為U,粒子勻速運動:  ④ (2分)
由①③④得:(1分)
因R為:,故粒子的速度范圍為:(2分)
帶電粒子在磁場中的偏轉(zhuǎn),根據(jù)先找圓心后求半徑的步驟求解,借助幾何關(guān)系求得半徑即可,導(dǎo)體棒達(dá)到最大速度時,重力沿斜面向下的分力等于安培力,由F=BIL,I=BLV/R可求得導(dǎo)體棒速度,由閉合電路的歐姆定律可求得電容器兩極板的電壓,由此可求得粒子速度表達(dá)式
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相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如圖,一根通有電流的長直導(dǎo)線的右邊有一矩形線圈,線圈中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是(    )
A.向上移動B.向下移動
C.向右移動D.向任一方向移動

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:計算題

如圖所示,光滑導(dǎo)軌水平放置,導(dǎo)軌電阻不計,左端連接一個固定電阻。金屬桿在恒力作用下由靜止開始從AC位置向右運動,進(jìn)入右側(cè)第一個勻強磁場后立即作勻速直線運動,然后經(jīng)過無磁場區(qū)域進(jìn)入第二個勻強磁場區(qū)域,剛進(jìn)入磁場再次作勻速直線運動。已知第一個勻強磁場的磁感應(yīng)強度為第二個勻強磁場的磁感應(yīng)強度的倍,DF、FH、HP間距離相同。求:

(1)金屬桿第一次勻速與第二次勻速運動的速度之比?
(2)AD、FH的距離之比?
(3)第一次經(jīng)過勻強磁場系統(tǒng)的生熱量與第二次經(jīng)過勻強磁場系統(tǒng)的生熱量之比?

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:計算題

(12分)如圖所示,在豎直向上磁感強度為B的勻強磁場中,放置著一個寬度為L的金屬框架,框架的右端接有電阻R.一根質(zhì)量為m,電阻忽略不計的金屬棒受到外力沖擊后,以速度v沿框架向左運動.已知棒與框架間的摩擦系數(shù)為μ,在整個運動過程中,通過電阻R的電量為q,設(shè)框架足夠長.求:
(1)棒運動的最大距離;
(2)電阻R上產(chǎn)生的熱量。

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如圖所示的四個選項中,虛線上方空間都存在方向垂直紙面向里的勻強磁場。A、B中的導(dǎo)線框為正方形,C、D中的導(dǎo)線框為直角扇形。各導(dǎo)線框均繞垂直紙面軸O在紙面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)動方向如箭頭所示,轉(zhuǎn)動周期均為T。從線框處于圖示位置時開始計時,以在OP邊上從P點指向O點的方向為感應(yīng)電流的正方向。則在如圖所示的四個情景中,產(chǎn)生的感應(yīng)電流隨時間的變化規(guī)律如圖3所示的是(  )

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

邊長為的正方形金屬框在水平恒力作用下,穿過如圖2所示的有界勻強磁場,磁場寬度為,已知邊進(jìn)入磁場時,線框剛好做勻速運動,則線框進(jìn)入磁場過程和從磁場另一側(cè)穿出過程相比較,說法正確的是:(   )
A.產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向相同
B.所受安培力方向相反
C.線框穿出磁場產(chǎn)生的電能和進(jìn)入磁場產(chǎn)生的電能相等
D.線框穿出磁場產(chǎn)生的電能一定比進(jìn)入磁場產(chǎn)生的電能多

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

等離子氣流由左方連續(xù)以v0射入P1和P2兩板間的勻強磁場中,ab直導(dǎo)線與P1、P2相連接,線圈A與直導(dǎo)線cd連接.線圈A內(nèi)有隨圖乙所示的變化磁場.且磁場B的正方向規(guī)定為向左,如圖甲所示,則下列敘述正確的是(    )
A.0~1 s內(nèi)ab、cd導(dǎo)線互相排斥
B.1~2 s內(nèi)ab、cd導(dǎo)線互相吸引
C.2~3 s內(nèi)ab、cd導(dǎo)線互相吸引
D.3~4 s內(nèi)ab、cd導(dǎo)線互相排斥

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如圖所示,在電容器C的兩端接有一個圓環(huán)形導(dǎo)體回路,在圓環(huán)回路所圍的面積之內(nèi)存在著垂直紙面向里的勻強磁場B,已知圓環(huán)的半徑r=5cm,電容器的電容C=20F,當(dāng)磁場B以2×10-2T/s的變化率均勻增加時,則電容器的
A.a(chǎn)板帶正電,電荷量為×10-9C
B.a(chǎn)板帶負(fù)電,電荷量為-×10-9C
C.a(chǎn)板帶正電,電荷量為×10-6C
D.a(chǎn)板帶負(fù)電,電荷量為-×10-6C

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如圖所示,用粗細(xì)相同的銅絲做成邊長分別為L和2L的兩只閉合線框ab,以相同的速度從磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場區(qū)域中勻速地拉到磁場外,則下列說法正確的是(  )
A.產(chǎn)生的焦耳熱之比為1∶4
B.產(chǎn)生的焦耳熱之比為1∶1
C.通過銅絲某截面的電量之比為1∶2
D.通過銅絲某截面的電量之比為1∶4

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