高三物理解答题中等难度题
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两相互平行且足够长的水平金属导轨MN、PQ放在竖直平面内,相距0.4m,左端接有平行板电容器,板间距离为0.2m,右端接滑动变阻器R 。水平匀强磁场磁感应强度为10T,垂直于导轨所在平面,整个装置均处于上述匀强磁场中。导体棒CD两端与导轨挂接,在整个运动过程中与金属导轨始终垂直且接触良好,金属棒CD的电阻为1Ω,其他电阻及摩擦均不计。现在用与金属导轨平行,大小为2N的恒力F使棒从静止开始向右运动。已知R的最大阻值为4Ω,g=10m/s2。则:
(1)滑动变阻器阻值取不同值时,导体棒处于稳定状态时拉力的功率不一样,求导体棒处于稳定状态时拉力的最大功率;
(2)当滑动触头位于最下端且导体棒处于稳定状态时,一个带电小球从平行板电容器左侧,以某一速度沿两板的正中间且平行于两极板从左边射入后,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中点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射入,小球在两极板间恰好做匀速圆周运动,则小球的速度为多大?小球做圆周运动的半径为多大?
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如图所示,电阻不计的两光滑平行金属导轨相距L=1m,PM、QN部分水平放置在绝缘桌面上,半径a=0.4m的金属半圆导轨处在竖直平面内,两部分分别在M、N处相切,PQ左端与R=2Ω的电阻连接。一质量为m=1kg、电阻r=1Ω的金属棒放在导轨上的PQ处,始终与导轨垂直且接触良好。整个装置处于磁感应强度大小B=1T、方向竖直向上的匀强磁场中,g取10m/s2。
⑴若导体棒以v=3m/s在水平轨道上向右匀速运动,求导体棒受到的安培力的大小和方向;
⑵若导体棒恰好能通过轨道最高点CD处,求导体棒通过CD处时电阻R上的电功率;
⑶若导体棒从MN处以3m/s的恒定速率沿着半圆轨道运动,产生交变电流,写出导体棒从MN运动到CD的过程中,产生的电流随时间变化的表达式(以导体棒在MN处为t=0时刻)及电阻R中产生的焦耳热。
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如图,匀强磁场的磁感应强度大小B=0.5T,方向竖直向下。在同一水平面上的两根光滑金属导轨相互平行,相距l=0.4m、电阻不计。导轨左端与滑动变阻器相连,变阻器接入电阻的阻值R=0.2Ω。一根电阻不计的金属棒置于导轨上,在拉力F的作用下沿导轨向右运动,运动过程中变阻器消耗的功率恒定为P=0.8W。
(1)分析金属棒的运动情况;
(2)求拉力F的大小;
(3)若保持拉力不变,迅速向上移动滑动变阻器滑片,分析金属棒的速度变化情况。
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如图所示,质量为M的导体棒ab的电阻为r,水平放在相距为l的竖直光滑金属导轨上.导轨平面处于磁感应强度大小为B、方向垂直于导轨平面向外的匀强磁场中.左侧是水平放置、间距为d的平行金属板.导轨上方与一可变电阻R连接,导轨电阻不计,导体棒与导轨始终接触良好.重力加速度为g.
(1)调节可变电阻的阻值为R1=3r,释放导体棒,当棒沿导轨匀速下滑时,将带电量为+q的微粒沿金属板间的中心线水平射入金属板间,恰好能匀速通过.求棒下滑的速率v和带电微粒的质量m.
(2)改变可变电阻的阻值为R2=4r,同样在导体棒沿导轨匀速下滑时,将该微粒沿原来的中心线水平射入金属板间,若微粒最后碰到金属板并被吸收.求微粒在金属板间运动的时间t.
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在同一水平面中的光滑平行导轨P、Q相距L=1m,导轨左端接有如图所示的电路.其中水平放置的平行板电容器两极板M、N间距离d=10mm,定值电阻R1=R2=12Ω,R3=2Ω,金属棒ab电阻r=2Ω,其它电阻不计.磁感应强度B=1T的匀强磁场竖直穿过导轨平面,当金属棒ab沿导轨向右匀速运动时,悬浮于电容器两极板之间,质量m=1×10﹣14kg,带电量q=﹣1×10﹣14C的微粒恰好静止不动.取g=10m/s2,在整个运动过程中金属棒与导轨接触良好.且运动速度保持恒定.试求:
(1)匀强磁场的方向;
(2)ab两端的路端电压;
(3)金属棒ab运动的速度.
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