兩條光滑的水平金屬導軌彼此平行，置于桌邊，金屬棒ab架在兩導軌端點上并與導軌垂直，導軌區(qū)域內(nèi)有豎直向下的勻強磁場，導軌另一端與電池、電容器連成電路，如圖15-2-11所示.已知金屬棒的質(zhì)量m=5×10-3kg，兩導軌間距L=1.0 m，電池電動勢E=16 V，電容器的電容量C=200 μF，磁場的磁感應強度B=0.5 T，金屬棒在通電后受安培力作用而平拋出去，下落高度h=0.8 m，拋出落地水平位移S=0.064 m.試求開關(guān)K先接1，再接2，金屬棒被拋出后電容器上電壓的數(shù)值.

圖15-2-11

解析：金屬棒ab在導軌端點上，在電容器放電過程中，電流通過金屬棒，在這過程中，磁場對金屬棒有一短時間的、水平向右方向的沖量，使ab棒水平拋出.

對ab棒應用動量定理F·Δt=IBL·Δt=mv-0

上式中的I雖然不是恒量，但在Δt時間內(nèi)積累，結(jié)果是在有安培力的時間內(nèi)，電容器放出的電荷量Q；上式中的v是金屬棒拋出時的速度，它可由平拋的水平射程S和下落高度h求出，，

即，所以

以上求出的是電容器放電過程中被中和的電荷量，如果再求出電容器開始時的電荷量，就可以求出電容器最后剩余電荷量，從而求出電容器最終電壓.電容器充電后電荷量為Q0=CE=200×10 -6×16 C=3.2×10 -3 C?

電容器放電后剩余電荷量Q′=Q0-Q=1.6×10 -3C?

電容器最終電壓.


練習冊系列答案
相關(guān)習題

科目：高中物理 來源： 題型：

（2012?資陽三模）如圖所示，兩根正對的距離為L=1m的平行金屬直物直MN、M’、N'位于同一水平面上，兩端M、M’之間接一阻值為R=4Ω的定值電阻，NN’端與兩條位于豎直平面內(nèi)的半徑均為Ro=0.4m的半圓形光滑金屬習口直NP，N'P’平滑連接直軌道的右側(cè)處于豎直向下、磁感應強度為B=1T的勻強磁場中，磁場區(qū)域的寬度為s=0.5m，且其右邊界與NN’重合．現(xiàn)有一質(zhì)量為m=lkg，電阻為r=1Ω的一導體桿ab靜止在距磁場的左邊界也為s處．在與桿垂直的，水平向右且大小為38N的恒力F作用下ab桿開始運動．當運動至磁場右邊界時撤去F，結(jié)果導休桿ab恰好能以最小的速度通過半圓形習U首的最高點PP'．已知導體桿ab在運動過程中與輛連接觸良好，且始終與軌道垂直，導體桿ab與直軌道之間的動摩擦因數(shù)為μ=02，軌道的電阻可忽略不計，重力加速度g取l Om/s2，求：
（1）ab剛進入磁場時桿中電流的大小和方向；
（2）ab穿過磁場的過程中，通過ab桿的電量；
（3）ab穿過磁場的過程中，ab桿損失的機械能和電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱．

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科目：高中物理 來源：2013屆江西省高二下學期期中考試物理試卷（解析版） 題型：計算題

如圖兩根正對的平行金屬直軌道MN、M´N´位于同一水平面上,兩軌道間距L=0.50m.軌道

的MM′端之間接一阻值R=0.40Ω的定值電阻,NN′端與兩條位于豎直面內(nèi)的半圓形光滑金

屬軌道NP、N′P′平滑連接,兩半圓軌道的半徑均為 R0 =0.50m.直軌道的右端處于豎直向下、

磁感應強度B =0.64T的勻強磁場中,磁場區(qū)域的寬度d=0.80m,且其右邊界與NN′重合.現(xiàn)

有一質(zhì)量 m =0.20kg、電阻 r =0.10Ω的導體桿ab靜止在距磁場的左邊界s=2.0m處.在與

桿垂直的水平恒力 F =2.0N的作用下ab桿開始運動,當運動至磁場的左邊界時撤去F,結(jié)果導

體ab恰好能以最小速度通過半圓形軌道的最高點PP′.已知導體桿ab在運動過程中與軌道接

觸良好,且始終與軌道垂直,導體桿ab與直軌道間的動摩擦因數(shù) μ=0.10,軌道的電阻可忽略不

計,取g=10m/s2，求：

①導體桿穿過磁場的過程中通過電阻R上的電荷量

②導體桿穿過磁場的過程中整個電路產(chǎn)生的焦耳熱

 

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科目：高中物理 來源： 題型：

如圖所示，兩根正對的距離為L=1m的平行金屬直物直MN、M’、N'位于同一水平面上，兩端M、M’之間接一阻值為R=4的定值電阻，NN’端與兩條位于豎直平面內(nèi)的半徑均為Ro=0.4m的半圓形光滑金屬習口直NP, N' P’平滑連接直軌道的右側(cè)處于豎直向下、磁感應強度為B=1T的勻強磁場中，磁場區(qū)域的寬度為s＝0.5m，且其右邊界與NN’重合．現(xiàn)有一質(zhì)量為m=lkg,電阻為r＝1的一導體桿ab靜止在距磁場的左邊界也為s處．在與桿垂直的，水平向右且大小為38N的恒力F作用下ab桿開始運動．當運動至磁場右邊界時撤去F，結(jié)果導休桿ab恰好能以最小的速度通過半圓形習U首的最高點PP'．已知導體桿ab在運動過程中與輛連接觸良好，且始終與軌道垂直，導體桿ab與直軌道之間的動摩擦因數(shù)為＝02，軌道的電阻可忽略不計，重力加速度g取l Om/s2，求：

      （1）ab剛進入磁場時桿中電流的大小和方向；

      （2）a6穿過磁場的過程中，通過ab桿的電量；

      （3）ab穿過磁場的過程中，ab桿損失的機械能和電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱．

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科目：高中物理 來源：2012年四川省資陽市高考物理三模試卷（解析版） 題型：解答題

如圖所示，兩根正對的距離為L=1m的平行金屬直物直MN、M’、N'位于同一水平面上，兩端M、M’之間接一阻值為R=4Ω的定值電阻，NN’端與兩條位于豎直平面內(nèi)的半徑均為Ro=0.4m的半圓形光滑金屬習口直NP，N'P’平滑連接直軌道的右側(cè)處于豎直向下、磁感應強度為B=1T的勻強磁場中，磁場區(qū)域的寬度為s=0.5m，且其右邊界與NN’重合．現(xiàn)有一質(zhì)量為m=lkg，電阻為r=1Ω的一導體桿ab靜止在距磁場的左邊界也為s處．在與桿垂直的，水平向右且大小為38N的恒力F作用下ab桿開始運動．當運動至磁場右邊界時撤去F，結(jié)果導休桿ab恰好能以最小的速度通過半圓形習U首的最高點PP'．已知導體桿ab在運動過程中與輛連接觸良好，且始終與軌道垂直，導體桿ab與直軌道之間的動摩擦因數(shù)為μ=02，軌道的電阻可忽略不計，重力加速度g取l Om/s2，求：
（1）ab剛進入磁場時桿中電流的大小和方向；
（2）ab穿過磁場的過程中，通過ab桿的電量；
（3）ab穿過磁場的過程中，ab桿損失的機械能和電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱．

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