(18分)如图为某同学设计的速度选择装置,两根足够长的光滑导轨MM/和NN/间距为L与水平面成θ角,上端接滑动变阻器R,匀强磁场B0垂直导轨平面向上,金属棒ab
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(18分)如图为某同学设计的速度选择装置,两根足够长的光滑导轨MM/和NN/间距为L与水平面成θ角,上端接滑动变阻器R,匀强磁场B0垂直导轨平面向上,金属棒ab
题型:不详
难度:
来源:
(18分)如图为某同学设计的速度选择装置,两根足够长的光滑导轨MM
/
和NN
/
间距为L与水平面成θ角,上端接滑动变阻器R,匀强磁场B
0
垂直导轨平面向上,金属棒ab质量为m恰好垂直横跨在导轨上。滑动变阻器R两端连接水平放置的平行金属板,极板间距为d,板长为2d,匀强磁场B垂直纸面向内。粒子源能发射沿水平方向不同速率的带电粒子,粒子的质量为m
0
,电荷量为q,ab棒的电阻为r,滑动变阻器的最大阻值为2r,其余部分电阻不计,不计粒子重力。
(1)(7分)ab棒静止未释放时,某种粒子恰好打在上极板中点P上,判断该粒子带何种电荷?该粒子的速度多大?
(2)(5分)调节变阻器使R=0.5r,然后释放ab棒,求ab棒的最大速度?
(3)(6分)当ab棒释放后达到最大速度时,若变阻器在r≤R≤2r范围调节,总有粒子能匀速穿过平行金属板,求这些粒子的速度范围?
答案
(1)
(2)
(3)
解析
(1)(7分)
由左手定则可知:该粒子带正电荷。 (1分)
粒子在磁场中做圆周运动,设半径为r,速度为v
0
几何关系有:
(2分)
得:
(1分)
粒子做匀速圆周运动,由牛顿第二定律:
(2分)
得:
(1分)
(2)(5分)ab棒达到最大速度时做匀速运动:
①(2分)
对回路,由闭合电路欧姆定律:
②(2分)
由①②得:
(1分)
(3)(6分)当ab棒达到最大速度时,设变阻器接入电路电阻为R,电压为U
由①式得:
对变阻器,由欧姆定律:
③ (1分)
极板电压也为U,粒子匀速运动:
④ (2分)
由①③④得:
(1分)
因R为:
,故粒子的速度范围为:
(2分)
带电粒子在磁场中的偏转,根据先找圆心后求半径的步骤求解,借助几何关系求得半径即可,导体棒达到最大速度时,重力沿斜面向下的分力等于安培力,由F=BIL,I=BLV/R可求得导体棒速度,由闭合电路的欧姆定律可求得电容器两极板的电压,由此可求得粒子速度表达式
举一反三
一个闭合线圈中没有感应电流产生,由此可以得出( )
A.此时此地一定没有磁场
B.此时此地一定没有磁场的变化
C.穿过线圈平面的磁感线条数一定没有变化
D.穿过线圈平面的磁通量一定没有变化
题型:不详
难度:
|
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下列关于感应电动势大小的说法中,正确的是:
A.线圈中磁通量越大,产生的感应电动势越大
B.线圈中磁通量变化越大,产生的感应电动势越大
C.线圈中磁通量变化越快,产生的感应电动势越大
D.线圈中磁通量增大时,感应电动势增大;磁通量减少时,感应电动势减小
题型:不详
难度:
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如图19所示,两个闭合铝环A、B与一个螺线管套在同一铁芯上,A、B可以左右摆动,则判断正确的是 ( )
A.在S闭合的瞬间,A、B必相吸 B.在S闭合的瞬间,A、B必相斥
C.在S断开的瞬间,A、B必相斥 D.因不知道电源极性,不可判断
题型:不详
难度:
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(12分)一矩形线圈abcd放置在如图所示的有理想边界的匀强磁场中(OO′的左边有匀强磁场,右边没有),线圈的两端接一只灯泡。已知线圈的匝数n=100、电阻r=1.0 Ω,ab边长L
1
=0.5 m,ad边长L
2
=0.3 m,小灯泡的电阻R=9.0 Ω,磁场的磁感应强度B=1.0×10
-2
T。线圈以理想边界OO′为轴以角速度ω=200 rad/s按如图所示的方向匀速转动(OO′轴离ab边距离为
L
2
),以如图所示位置为计时起点。求:
(1)在0~
的时间内,通过小灯泡的电荷量;
(2)在右图中画出感应电动势e随时间t变化的图像(以abcda方向为正方向,至少画出一个完整的周期);
(3)小灯泡消耗的电功率。
题型:不详
难度:
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如图所示的四个选项中,虚线上方空间都存在方向垂直纸面向里的匀强磁场。A、B中的导线框为正方形,C、D中的导线框为直角扇形。各导线框均绕垂直纸面轴O在纸面内匀速转动,转动方向如箭头所示,转动周期均为T。从线框处于图示位置时开始计时,以在OP边上从P点指向O点的方向为感应电流
的正方向。则在如图所示的四个情景中,产生的感应电流
随时间
的变化规律如图3所示的是( )
题型:不详
难度:
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