【題目】兩根足夠長的光滑平行金屬軌道MN、PQ固定在傾角為θ的絕緣斜面上,相距為L,其電阻不計。長度為L、電阻為R的金屬導(dǎo)體棒ab垂直于MN、PQ放在軌道上,與軌道接觸良好。整個裝置處于磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中,磁場方向垂直于斜面向上。

如圖1所示,若在軌道端點M、P之間接有阻值為R的電阻,則導(dǎo)體棒最終以速度v1沿軌道向下勻速運動;如圖2所示,若在軌道端點M、P之間接有電動勢為E,內(nèi)阻為R的直流電源,則導(dǎo)體棒ab最終以某一速度沿軌道向上勻速運動。

(1)求圖1導(dǎo)體棒ab最終勻速運動時電流的大小和方向以及導(dǎo)體棒ab兩端的電勢差

(2)求圖2導(dǎo)體棒ab最終沿軌道向上勻速運動的速度v2;

(3)從微觀角度看,導(dǎo)體棒ab中的自由電荷所受洛倫茲力在能量轉(zhuǎn)化中起著重要作用。我們知道,洛倫茲力對運動電荷不做功。那么,導(dǎo)體棒ab中的自由電荷所受洛倫茲力是如何在能量轉(zhuǎn)化過程中起到作用的呢?請以圖1導(dǎo)體棒ab最終勻速運動為例,通過計算分析說明。為了方便,可認(rèn)為導(dǎo)體棒中的自由電荷為正電荷,如圖3所示。

【答案】(1) ,在導(dǎo)體棒ab內(nèi)由b流向a, (2) (3)見解析

【解析】(1)1中,電路中的電流大小

方向:在導(dǎo)體棒ab內(nèi)由b流向a

導(dǎo)體棒ab兩端的電勢差

(2)圖1中,導(dǎo)體棒ab受力平衡

2中,導(dǎo)體棒ab受力平衡

解得

(3)如圖所示,設(shè)自由電荷的電荷量為q,沿導(dǎo)體棒定向移動的速率為

沿棒方向的洛倫茲力f1=qv1B,做正功

Δt時間內(nèi),

垂直棒方向的洛倫茲力f2=quB,做負(fù)功

Δt時間內(nèi),

所以W1=-W2,

即導(dǎo)體棒中一個自由電荷所受的洛倫茲力做功為零。

f1做正功,驅(qū)動自由電荷定向移動,宏觀上表現(xiàn)為電動勢,使電能增加;f2做負(fù)功,宏觀上表現(xiàn)為安培力做負(fù)功,消耗導(dǎo)體棒的機械能。大量自由電荷所受洛倫茲力做功的宏觀表現(xiàn)是將機械能轉(zhuǎn)化為等量的電能,在此過程中洛倫茲力通過兩個分力做功起到傳遞能量的作用。

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,在水平面內(nèi)直角坐標(biāo)系xOy中有一光滑金屬導(dǎo)軌AOC,其中曲線導(dǎo)軌OA滿足方程yLsin kx,長度為的直導(dǎo)軌OCx軸重合,整個導(dǎo)軌處于垂直紙面向外的勻強磁場中.現(xiàn)有一長為L金屬棒從圖示位置開始沿x軸正方向以速度v做勻速直線運動,已知金屬棒單位長度的電阻為R0,除金屬棒的電阻外其余部分電阻均不計,棒與兩導(dǎo)軌始終接觸良好,則在金屬棒運動至AC的過程中( )

A. 感應(yīng)電動勢的瞬時值為eBvLsin kvt B. 感應(yīng)電流逐漸減小

C. 閉合回路消耗的電功率逐漸增大 D. 通過金屬棒的電荷量為

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【題目】如圖所示,重球用細(xì)繩跨過輕小光滑滑輪與小球相連,細(xì)繩處于水平拉直狀態(tài)。小球由靜止釋放運動到最低點過程中,重球始終保持靜止,不計空氣阻力。下列說法正確的有( )

A. 細(xì)繩偏離豎直方向成 角時,細(xì)繩拉力為

B. 地面對重球的摩擦力一直增大

C. 上述過程中小球重力的功率先增大后減小

D. 細(xì)繩對小球不做功

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,在半個空間中分布一勻強磁場,磁感應(yīng)強度為B(垂直紙面并指向紙面內(nèi))。磁場邊界為MN(垂直紙面的一個平面)。在磁場區(qū)內(nèi)有一點電子源(輻射發(fā)射源)S,向四面八方均勻地,持續(xù)不斷地發(fā)射電子。這里僅考察電子源所在的平面內(nèi),由電子源發(fā)射的電子,不計電子間的相互作用,并設(shè)電子源離界面MN的垂直距離為L。

1)點源S發(fā)射的電子,其速度達(dá)多大時,界面MN上將有電子逸出?

2)若點源S發(fā)射的電子速度大小均為 ,在界面MN上多寬范圍內(nèi)有電子逸出?

(其中m為電子質(zhì)量,e為電子帶電量。)

3)若電子速度為 ,逸出的電子數(shù)占總發(fā)射電子數(shù)的比例?

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【題目】(1)如圖所示螺旋測微器的測量讀數(shù)應(yīng)是 _________mm

(2)、用伏安法測電阻時,如待測電阻Rx約為150Ω,電流表內(nèi)阻RA約為20Ω,電壓表內(nèi)阻RV約為5KΩ,應(yīng)該用右下圖中的_________電路(填①或②)來測量可以盡量減小誤差。當(dāng)用電路圖①進(jìn)行測量時,測量值將比真實值偏 _________(填大或。;

(3).大量程的電壓表和電流表都是有小量程的電流計改裝過來的,已知某電流計的內(nèi)阻Rg=120Ω,,滿偏電流Ig=3mA,現(xiàn)要將該電流計改裝成一量程為6V的電壓表需 _________串聯(lián)并聯(lián))一個_________ Ω的電阻.

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【題目】如圖所示,虛線框內(nèi)為某種電磁緩沖車的結(jié)構(gòu)示意圖,其主要部件為緩沖滑塊K和質(zhì)量為m的緩沖車.在緩沖車的底板上,沿車的軸線固定著兩個光滑水平絕緣導(dǎo)軌PQ、MN.緩沖車的底部,安裝電磁鐵(圖中未畫出),能產(chǎn)生垂直于導(dǎo)軌平面的勻強磁場,磁場的磁感應(yīng)強度為B.導(dǎo)軌內(nèi)的緩沖滑塊K由高強度絕緣材料制成,滑塊K上繞有閉合矩形線圈abcd,線圈的總電阻為R,匝數(shù)為n,ab邊長為L.假設(shè)緩沖車以速度v0與障礙物C碰撞后,滑塊K立即停下,而緩沖車廂繼續(xù)向前移動距離L后速度為零。已知緩沖車廂與障礙物和線圈的ab邊均沒有接觸,不計一切摩擦阻力。在這個緩沖過程中,下列說法正確的是( )

A. 線圈中的感應(yīng)電流沿逆時針方向(俯視),最大感應(yīng)電流為

B. 線圈對電磁鐵的作用力使緩沖車廂減速運動,從而實現(xiàn)緩沖

C. 此過程中,線圈abcd產(chǎn)生的焦耳熱為

D. 此過程中,通過線圈中導(dǎo)線橫截面的電荷量為

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【題目】如圖所示,電場強度為E、方向平行于紙面的勻強電場分布在寬度為L的區(qū)域內(nèi),一個離子以初速度v0垂直于電場方向射入勻強電場中,穿出電場區(qū)域時發(fā)生的側(cè)移量為h。在同樣的寬度范圍內(nèi),若改用方向垂直于紙面的勻強磁場,使同樣的離子以相同的初速度穿過磁場區(qū)域時發(fā)生的側(cè)移量也為h,即兩次入射點與出射點均相同,不計離子所受重力。

1)求該離子的電性和比荷(即電荷量q與其質(zhì)量m的比值);

2)求勻強磁場磁感應(yīng)強度B的大小和方向;

3)試分析說明離子在電場和磁場中運動的軌跡是否重合。

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【題目】如圖所示,平行板電容器帶有等量異種電荷,與靜電計相連,靜電計金屬外殼和電容器下極板都接地。在兩極板間有一固定在P點的點電荷,以E表示兩板間的電場強度,Ep表示點電荷在P點的電勢能,θ表示靜電計指針的偏角。若保持下極板不動,將上極板向下移動一小段距離至圖中虛線位置,則(

A. θ增大,E增大 B. θ增大,Ep不變

C. θ減小,Ep不變 D. θ減小,Ep增大

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【題目】如圖所示,圖甲為一列簡諧橫波在時的波形圖,圖乙為媒質(zhì)中平衡位置在處的質(zhì)點的振動圖像,P點是平衡位置為的質(zhì)點。下列說法正確的是________________。

A.波的傳播方向為x軸正方向

B.波的傳播方向為x軸負(fù)方向

C.波速為

D. 時間間內(nèi),P點運動的路程為

E.當(dāng)時,P點恰好回到平平衡位置

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