能的轉(zhuǎn)化與守恒是自然界普遍存在的規(guī)律，如：電源給電容器的充電過程可以等效為將電荷逐個從原本電中性的兩極板中的一個極板移到另一個極板的過程. 在移動過程中克服電場力做功，電源的電能轉(zhuǎn)化為電容器的電場能．實驗表明:電容器兩極間的電壓與電容器所帶電量如圖所示．

（1）對于直線運(yùn)動，教科書中講解了由v-t圖像求位移的方法．請你借鑒此方法，根據(jù)圖示的Q-U圖像，若電容器電容為C，兩極板間電壓為U，求電容器所儲存的電場能．
（2）如圖所示，平行金屬框架豎直放置在絕緣地面上．框架上端接有一電容為C的電容器．框架上一質(zhì)量為m、長為L的金屬棒平行于地面放置，離地面的高度為h．磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場與框架平面相垂直．現(xiàn)將金屬棒由靜止開始釋放，金屬棒下滑過程中與框架接觸良好且無摩擦．開始時電容器不帶電，不計各處電阻．

求a. 金屬棒落地時的速度大小
b. 金屬棒從靜止釋放到落到地面的時間

（1）（2）a, b.

解析試題分析：（1）(5分)由功能關(guān)系可知克服電場力做的功等于產(chǎn)生的電場能（1分）
根據(jù)速度時間圖像圍成的面積代表位移可知在QU圖像中，圖像所圍面積即為，也就是克服電場力所做的功（1分）
即 （1分）
又有電容定義式 （1分）
兩式聯(lián)立得   電容器儲存的電場能為 （1分）
（2）(7分)設(shè)導(dǎo)體棒落地的速度為v，此時導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生感生電動勢
感生電動勢大小為  （2分）
電容器儲存的電場能為 （2分）
由動能定理得 （2分）
解得 （1分）
（3）(8分)導(dǎo)體棒下落過程中受安培力和重力，由動量定理可知
解得   (8分)
考點(diǎn)：電容器 電磁感應(yīng)定律

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來源： 題型：填空題

在圖中，長為L的導(dǎo)體棒原來不帶電，現(xiàn)將一帶電為+q的點(diǎn)電荷置于木棒左側(cè)，并在棒的軸線上，q距棒左端為R，C為棒的中點(diǎn)，在棒達(dá)到靜電平衡時，導(dǎo)體棒上感應(yīng)電荷在C點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)大小為__   ___，場強(qiáng)的方向為___    __。

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科目：高中物理 來源： 題型：計算題

如圖所示是研究光電效應(yīng)現(xiàn)象的實驗電路，、為兩正對的圓形金屬板，兩板間距為，板的半徑為，且。當(dāng)板正中受一頻率為的細(xì)束紫外線照射時，照射部位發(fā)射沿不同方向運(yùn)動的光電子，形成光電流，從而引起電流表的指針偏轉(zhuǎn)。已知普朗克常量h、電子電荷量e、電子質(zhì)量m。

（1）若閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑片P逐漸增大極板間電壓，可以發(fā)現(xiàn)電流逐漸減小。當(dāng)電壓表示數(shù)為時，電流恰好為零。求：
①金屬板N的極限頻率；
②將圖示電源的正負(fù)極互換，同時逐漸增大極板間電壓，發(fā)現(xiàn)光電流逐漸增大，當(dāng)電壓達(dá)到之后，電流便趨于飽和。求此電壓。
（2）開關(guān)S斷開，在MN間加垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場，逐漸增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，也能使電流為零，求磁感應(yīng)強(qiáng)度B至少為多大時，電流為零。

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科目：高中物理 來源： 題型：計算題

如圖所示，在坐標(biāo)系右側(cè)存在一寬度為、垂直紙面向外的有界勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B；在左側(cè)存在與y軸正方向成角的勻強(qiáng)電場。一個粒子源能釋放質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子，粒子的初速度可以忽略。粒子源在點(diǎn)P(，)時發(fā)出的粒子恰好垂直磁場邊界EF射出；將粒子源沿直線PO移動到Q點(diǎn)時，所發(fā)出的粒子恰好不能從EF射出。不計粒子的重力及粒子間相互作用力。求：

（1）勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度；
（2）粒子源在Q點(diǎn)時，粒子從發(fā)射到第二次進(jìn)入磁場的時間。

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科目：高中物理 來源： 題型：計算題

（8分）如圖，在區(qū)域I分布有沿-y方向的勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)大小為為E,區(qū)域II分布有垂直xoy向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，兩區(qū)寬度相同，有一個質(zhì)子從I區(qū)的左側(cè)垂直邊界入射，恰好垂直II區(qū)右邊界射出，求質(zhì)子的入射速度。

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科目：高中物理 來源： 題型：計算題

（17分）平面直角坐標(biāo)系中，第1象限存在沿軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場，第Ⅳ象限存在垂直于坐標(biāo)平面向外的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的粒子從y軸正半軸上的M點(diǎn)以速度垂直于軸射入電場，經(jīng)軸上的N點(diǎn)與軸正方向成60º角射入磁場，最后從軸負(fù)半軸上的P點(diǎn)與軸正方向成60º角射出磁場，如圖所示。不計粒子重力，求：

（1）粒子在磁場中運(yùn)動的軌道半徑R；
（2）粒子從M點(diǎn)運(yùn)動到P點(diǎn)的總時間；
（3）勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小E。

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科目：高中物理 來源： 題型：計算題

（14分）如圖1所示，真空中相距d=5cm的兩塊平行金屬板A、B與電源連接（圖中未畫出），其中B板接地（電勢為零），A板電勢變化的規(guī)律如圖2所示。 將一個質(zhì)量2X10-27kg，電量q=+1.6X10-19c的帶電粒子從緊臨B板處釋放，不計重力。

求：（1）在時刻釋放該帶電粒子，釋放瞬間粒子加速度的大��；
（2）若A板電勢變化周期T=1.0X10-5s，在時將帶電粒子從緊臨B板處無初速釋放，粒子到達(dá)A板時速度的大�。�
（3）A板電勢變化頻率多大時，在t=T/4到t=T/2時間內(nèi)從緊臨B板處無初速釋放該帶電粒子，粒子不能到達(dá)A板。

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科目：高中物理 來源： 題型：計算題

如圖所示為研究電子槍中電子在電場中運(yùn)動的簡化模型示意圖。在Oxy平面的ABCD區(qū)域內(nèi)，存在兩個場強(qiáng)大小均為E的勻強(qiáng)電場I和II，兩電場的邊界均是邊長為L的正方形（不計電子所受重力）。若在該區(qū)域AB邊的中點(diǎn)處由靜止釋放質(zhì)量為m，帶電量為e的電子：

（1）求電子離開勻強(qiáng)電場I時的速度；
（2）求電子離開勻強(qiáng)電場II的位置（位置坐標(biāo)用L表示）

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科目：高中物理 來源： 題型：計算題

如圖所示的電路中，電源電動勢E＝6V，內(nèi)阻r=1Ω，電阻R1=3Ω，R2=6Ω，電容器的電容C=3.6μF，二極管D具有單向?qū)щ娦�，開始時，開關(guān)S1閉合，S2斷開。

（1）合上S2，待電路穩(wěn)定以后，求電容器C上電量變化了多少？
（2）合上S2，待電路穩(wěn)定以后再斷開S1，求斷開S1后流過R1的電量是多少？

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