如圖所示,兩足夠長(zhǎng)的平行光滑的金屬導(dǎo)軌MN、PQ相距為L(zhǎng)=1m,導(dǎo)軌平面與水平面夾角α=30°,導(dǎo)軌電阻不計(jì)。磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1=2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直導(dǎo)軌平面向上,長(zhǎng)為L(zhǎng)=1m的金屬棒ab垂直于MN、PQ放置在導(dǎo)軌上,且始終與導(dǎo)軌接觸良好,金屬棒的質(zhì)量為m1=2kg、電阻為R1=1Ω。兩金屬導(dǎo)軌的上端連接右側(cè)電路,電路中通過導(dǎo)線接一對(duì)水平放置的平行金屬板,兩板間的距離和板長(zhǎng)均為d=0.5m,定值電阻為R2=3Ω,現(xiàn)閉合開關(guān)S并將金屬棒由靜止釋放,取g=10m/s2,求:

(1)金屬棒下滑的最大速度為多大?
(2)當(dāng)金屬棒下滑達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),整個(gè)電路消耗的電功率P為多少?
(3)當(dāng)金屬棒穩(wěn)定下滑時(shí),在水平放置的平行金屬間加一垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B2=3T,在下板的右端且非?拷掳宓奈恢锰幱幸毁|(zhì)量為m2=3×10-4kg、所帶電荷量為q=-1×10-4C的液滴以初速度v水平向左射入兩板間,該液滴可視為質(zhì)點(diǎn)。要使帶電粒子能從金屬板間射出,初速度v應(yīng)滿足什么條件?
(1)10m/s(2)100W(3)v≤0.25m/s或v≥0.5m/s 

試題分析:(1)當(dāng)金屬棒勻速下滑時(shí)速度最大,設(shè)最大速度為vm,則有 ; ,  
所以
解得最大速度   vm=10m/s 
(2)金屬棒勻速下滑時(shí),動(dòng)能不變,重力勢(shì)能減小,此過程中重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能。
重力做功的功率等于整個(gè)電路消耗的電功率
(或)
(3)金屬棒下滑穩(wěn)定時(shí),兩板間電壓U=IR2=15V(1分)
因?yàn)橐旱卧趦砂彘g有 所以該液滴在兩平行金屬板間做勻速圓周運(yùn)動(dòng)
當(dāng)液滴恰從上板左端邊緣射出時(shí):      所以  v1=0.5m/s 
當(dāng)液滴恰從上板右側(cè)邊緣射出時(shí):        所以v2=0.25m/s
初速度v應(yīng)滿足的條件是:v≤0.25m/s或v≥0.5m/s     
練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

電子感應(yīng)加速器的基本原理如圖所示。在上、下兩個(gè)電磁鐵形成的異名磁極之間有一個(gè)環(huán)形真空室。圖甲為側(cè)視圖,圖乙為真空室的俯視圖。電磁鐵中通以交變電流,使兩極間的磁場(chǎng)周期性變化,從而在真空室內(nèi)產(chǎn)生感生電場(chǎng),將電子從電子槍右端注入真空室,電子在感生電場(chǎng)的作用下被加速,同時(shí)在洛倫茲力的作用下,在真空室中沿逆時(shí)針方向(圖乙中箭頭方向)做圓周運(yùn)動(dòng)。由于感生電場(chǎng)的周期性變化使電子只能在某段時(shí)間內(nèi)被加速,但由于電子的質(zhì)量很小,故在極短時(shí)間內(nèi)被加速的電子可在真空室內(nèi)回旋數(shù)10萬(wàn)以至數(shù)百萬(wàn)次,并獲得很高的能量。若磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B(圖乙中垂直紙面向外為正)隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖丙所示,不考慮電子質(zhì)量的變化,則下列說法中正確的是
A.電子在真空室中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)
B.電子在運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度始終指向圓心
C.在丙圖所示的第一個(gè)周期中,電子只能在0~內(nèi)按圖乙中逆時(shí)針方向做圓周運(yùn)動(dòng)且被加速
D.在丙圖所示的第一個(gè)周期中,電子在0~~T內(nèi)均能按圖乙中逆時(shí)針方向做圓周運(yùn)動(dòng)且被加速

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:計(jì)算題

(8分)一帶電量大小為q,質(zhì)量為m的小球,從水平面上a點(diǎn)以初速度v0豎直向上射入如圖所示的水平方向勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。求:

(1)小球帶正電還是負(fù)電;
(2)小球運(yùn)動(dòng)到離水平面豎直高度為h的b點(diǎn)時(shí)的速度大小;
(3)小球運(yùn)動(dòng)到離水平面豎直高度為h的b點(diǎn)時(shí),小球所受的磁場(chǎng)力大小。

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

質(zhì)量和電荷量都相等的帶電粒子M和N,以不同的速率經(jīng)小孔S垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng),運(yùn)行的半圓軌跡如圖中虛線所示。忽略帶電粒子的重力。下列表述正確的是(  )
A.M帶負(fù)電,N帶正電
B.M的速率小于N的速率
C.洛倫茲力對(duì)M、N均做正功
D.M的運(yùn)行時(shí)間大于N的運(yùn)行時(shí)間

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如圖所示,M、N為兩條沿豎直方向放置的直導(dǎo)線,其中有一條導(dǎo)線中通有恒定電流,另一條導(dǎo)線中無電流。一帶電粒子在M、N兩條直導(dǎo)線所在的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng),曲線ab是該粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡。帶電粒子所受重力及空氣阻力均可忽略不計(jì)。關(guān)于導(dǎo)線中的電流方向、粒子帶電情況以及運(yùn)動(dòng)的方向,下列說法正確的是
A.M中通有自上而下的恒定電流,帶負(fù)電的粒子從a點(diǎn)向b點(diǎn)運(yùn)動(dòng)
B.M中通有自上而下的恒定電流,帶正電的粒子從a點(diǎn)向b點(diǎn)運(yùn)動(dòng)
C.N中通有自上而下的恒定電流,帶正電的粒子從a點(diǎn)向b點(diǎn)運(yùn)動(dòng)
D.N中通有自上而下的恒定電流,帶負(fù)電的粒子從a點(diǎn)向b點(diǎn)運(yùn)動(dòng)

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:計(jì)算題

如圖,真空室內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B=0.60T,磁場(chǎng)內(nèi)有一塊平面感光板ab,板面與磁場(chǎng)方向平行,在距ab的距離l=16cm處,有一個(gè)點(diǎn)狀的放射源S,它向各個(gè)方向發(fā)射粒子,粒子的速度都是,已知粒子的電荷與質(zhì)量之比,現(xiàn)只考慮在圖紙平面中運(yùn)動(dòng)的粒子,求ab上被粒子打中的區(qū)域的長(zhǎng)度。

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如圖所示,一束電子以大小不同的速率沿圖示方向垂直飛入橫截面是一正方形的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,下列判斷正確的是(   )
A.電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng),其軌跡線越長(zhǎng)
B.電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng),其軌跡線所對(duì)應(yīng)的圓心角越大
C.在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同的電子,其軌跡線一定重合
D.電子的速率不同,它們?cè)诖艌?chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間一定不相同

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如圖所示,表面粗糙的斜面固定于地面上,并處于方向垂直紙面向外、強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.質(zhì)量為m、帶電量為+Q的小滑塊從斜面頂端由靜止下滑.在滑塊下滑的過程中,下列判斷正確的是(    )
A.滑塊受到的摩擦力不變
B.滑塊到達(dá)地面時(shí)的動(dòng)能與B的大小無關(guān)
C.滑塊受到的洛倫茲力方向垂直斜面向下
D.B很大時(shí),滑塊可能靜止于斜面上

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如圖所示R為某種天然放射性元素,R發(fā)出的射線沿RO方向射出,虛線框內(nèi)有垂直于線框平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),PQ是厚紙板,MN是熒光屏,實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)屏上O、A兩處有亮斑,下面判斷正確的是(  )
A.磁場(chǎng)方向垂直線框向內(nèi),到達(dá)O點(diǎn)的是中子
B.磁場(chǎng)方向垂直線框向內(nèi),到達(dá)A點(diǎn)的是粒子
C.增強(qiáng)磁場(chǎng)有可能使A處亮斑消失
D.增強(qiáng)磁場(chǎng)有可能在O點(diǎn)之上新增一個(gè)亮斑

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