两条光滑的水平金属导轨彼此平行,置于桌边,金属棒ab架在两导轨端点上并与导轨垂直,导轨区域内有竖直向下的匀强磁场,导轨另一端与电池、电容器连成电路,如图15-2
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两条光滑的水平金属导轨彼此平行,置于桌边,金属棒ab架在两导轨端点上并与导轨垂直,导轨区域内有竖直向下的匀强磁场,导轨另一端与电池、电容器连成电路,如图15-2
题型:不详
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两条光滑的水平金属导轨彼此平行,置于桌边,金属棒
ab
架在两导轨端点上并与导轨垂直,导轨区域内有竖直向下的匀强磁场,导轨另一端与电池、电容器连成电路,如图15-2-11所示.已知金属棒的质量m=5×10
-3
kg,两导轨间距
L
="1.0" m,电池电动势
E
="16" V,电容器的电容量
C
="200"
μF
,磁场的磁感应强度B="0.5"
T
,金属棒在通电后受安培力作用而平抛出去,下落高度h="0.8" m,抛出落地水平位移
S
="0.064" m.试求开关
K
先接1,再接2,金属棒被抛出后电容器上电压的数值.
图15-2-11
答案
电容器最终电压
.
解析
金属棒
ab
在导轨端点上,在电容器放电过程中,电流通过金属棒,在这过程中,磁场对金属棒有一短时间的、水平向右方向的冲量,使
ab
棒水平抛出.
对
ab
棒应用动量定理
F
·Δ
t
=
IBL
·Δ
t
=m
v
-0
上式中的
I
虽然不是恒量,但在Δ
t
时间内积累,结果是在有安培力的时间内,电容器放出的电荷量
Q
;上式中的
v
是金属棒抛出时的速度,它可由平抛的水平射程
S
和下落高度h求出,
,
即
,所以
以上求出的是电容器放电过程中被中和的电荷量,如果再求出电容器开始时的电荷量,就可以求出电容器最后剩余电荷量,从而求出电容器最终电压.电容器充电后电荷量为
Q
0
=
CE
=200×10
-6
×16
C
=3.2×10
-3
C
电容器放电后剩余电荷量
Q
′=
Q
0
-
Q
=1.6×10
-3
C
电容器最终电压
.
举一反三
如图15-2-12所示,导线
AB
竖直放置,通电导线框
abcd
可自由移动.当
AB
中通以图示电流时,导线框怎样运动?
图15-2-12
题型:不详
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如图15-2-18所示是处于匀强磁场的三维空间,磁场方向垂直xOz平面.要使一段通电直导线所受安培力方向沿z轴正方向,则通电导线的位置可能是( )
图15-2-18
A.在yOz平面上介于y轴和z轴之间的任何位置上,并且电流方向与y轴正方向成锐角
B.在xOz平面上,电流方向沿x轴正方向
C.平行于xOy平面,并且电流方向与x轴正方向和y轴正方向均夹45°角
D.在xOy平面上但不与y轴平行的所有位置
题型:不详
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如图15-2-19的装置中,劲度系数较小的金属弹簧下端恰好浸入水银中,电源的电动势足够大,当闭合开关S后,弹簧将( )
图15-2-19
A.保持静止
B.收缩
C.变长
D.不断上、下振动
题型:不详
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如图15-2-20所示,两根平行放置的长直导线a和b载有大小相同、方向相反的电流,a受到的磁场力大小为F
1
.当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后,a受到的磁场力大小变为F
2
.则此时b受到的磁场力大小变为( )
图15-2-20
A.F
2
B.F
1
-F
2
C.F
1
+F
2
D.2F
1
-F
2
题型:不详
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如图15-2-21所示,将一根长为L的直导线,由中点折成直角放在磁感应强度为B的匀强磁场中,导线平面与磁感线垂直.当导线中通以电流I后,求磁场对导线的作用力.
图15-2-21
题型:不详
难度:
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