精英家教網(wǎng)如圖所示,水平面內(nèi)有兩根足夠長(zhǎng)的平行導(dǎo)軌L1、L2,其間距d=0.5m,左端接有容量C=2000μF的電容.質(zhì)量m=20g的導(dǎo)體棒可在導(dǎo)軌上無(wú)摩擦滑動(dòng),導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌的電阻不計(jì).整個(gè)空間存在著垂直導(dǎo)軌所在平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2T.現(xiàn)用一沿導(dǎo)軌方向向右的恒力F1=0.44N作用于導(dǎo)體棒,使導(dǎo)體棒從靜止開始運(yùn)動(dòng),經(jīng)t時(shí)間后到達(dá)B處,速度v=5m/s.此時(shí),突然將拉力方向變?yōu)檠貙?dǎo)軌向左,大小變?yōu)镕2,又經(jīng)2t時(shí)間后導(dǎo)體棒返回到初始位置A處,整個(gè)過(guò)程電容器未被擊穿.求
(1)導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)到B處時(shí),電容C上的電量;
(2)t的大小;
(3)F2的大�。�
分析:(1)要求電容C上的電量,關(guān)鍵要求其電壓.導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)到B處時(shí),電容C的電壓等于導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),由E=Bdv求出,即可求得電量.
(2)根據(jù)牛頓第二定律列式求導(dǎo)體棒的加速度,其中安培力F=Bid,i=
△q
△t
=
△CBdv
△t
=CBd
△v
△t
=CBda1,i與加速度a1成正比.判斷出導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)情況,由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求t.
(3)用同樣的方法求出導(dǎo)體棒在F2作用下的加速度,再由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式列式求F2的大�。�
解答:解:(1)當(dāng)棒運(yùn)動(dòng)到B處時(shí),電容器兩端的電壓為 U=Bdv,
此時(shí)電容器的帶電量 q=CU=CBdv
代入數(shù)據(jù)解得,q=1×10-2C
(1)棒在F1作用下,由牛頓第二定律有
   F1-Bid=ma1
又瞬時(shí)感應(yīng)電流i=
△q
△t
=
△CBdv
△t
=CBd
△v
△t
=CBda1
由上兩式得:a1=
F1
m+CB2d2
=20m/s2
可見(jiàn)棒的加速度不變,說(shuō)明棒做勻加速運(yùn)動(dòng),則t=
v
a1
=0.25s
(3)由(2)知棒在F2作用下的加速度a2=
F2
m+CB2d2
,方向向左
根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式及兩個(gè)過(guò)程的位移關(guān)系得:
1
2
a1
t
2
1
=-[a1t?2t-
1
2
a2(2t)2
]
將相關(guān)數(shù)據(jù)代入上式求得 F2=0.55N
答:
(1)導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)到B處時(shí),電容C上的電量是1×10-2C;
(2)t的大小是0.25s;
(3)F2的大小是0.55N.
點(diǎn)評(píng):本題的難點(diǎn)是求棒的加速度,抓住電流與電容器電量變化量的關(guān)系i=
△q
△t
是關(guān)鍵,并要抓住兩個(gè)過(guò)程的位移大小相等、方向相反列式求F2
練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

(2011?江蘇)如圖所示,水平面內(nèi)有一平行金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌光滑且電阻不計(jì).勻強(qiáng)磁場(chǎng)與導(dǎo)軌平面垂直.阻值為R的導(dǎo)體棒垂直于導(dǎo)軌靜止放置,且與導(dǎo)軌接觸.T=0時(shí),將開關(guān)S由1擲到2.Q、i、v和a分別表示電容器所帶的電荷量、棒中的電流、棒的速度和加速度.下列圖象正確的是( �。�

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

精英家教網(wǎng)如圖所示,水平面內(nèi)有兩根互相平行且足夠長(zhǎng)的光滑金屬軌道,它們間的距離L=0.20m,在兩軌道的左端之間接有一個(gè)R=0.10Ω的電阻.在虛線OOˊ(OOˊ垂直于軌道)右側(cè)有方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.50T.一根質(zhì)量m=0.10kg的直金屬桿ab垂直于軌道放在兩根軌道上.某時(shí)刻桿ab以v0=2.0m/s且平行于軌道的初速度進(jìn)入磁場(chǎng),同時(shí)在桿上施加一個(gè)水平拉力,使其以a=2.0m/s2的加速度做勻減速直線運(yùn)動(dòng).桿ab始終與軌道垂直且它們之間保持良好接觸.桿ab和軌道的電阻均可忽略.
(1)在金屬桿ab向右運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,求桿中的感應(yīng)電流為最大值的
14
時(shí),水平拉力的功率;
(2)從金屬桿ab進(jìn)入磁場(chǎng)至速度減為零的過(guò)程中,電阻R上發(fā)出的熱量Q=0.13J,求此過(guò)程中水平拉力做的功.

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

精英家教網(wǎng)如圖所示,水平面內(nèi)有一平行金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌光滑且電阻不計(jì),阻值為R的導(dǎo)體棒垂直于導(dǎo)軌放置,且與導(dǎo)軌接觸良好.導(dǎo)軌所在空間存在勻強(qiáng)磁場(chǎng),勻強(qiáng)磁場(chǎng)與導(dǎo)軌平面垂直,t=0時(shí),將開關(guān)S由1擲向2,分別用q、i、v和a表示電容器所帶的電荷量、棒中的電流、棒的速度大小和加速度大小,則圖所示的圖象中正確的是(  )
A、精英家教網(wǎng)B、精英家教網(wǎng)C、精英家教網(wǎng)D、精英家教網(wǎng)

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

精英家教網(wǎng)如圖所示,水平面內(nèi)有兩根互相平行且足夠長(zhǎng)的光滑金屬軌道,它們間的距離L=0.20m,在兩軌道的左端之間接有一個(gè)R=0.10Ω的電阻.在虛線OO′(OO′垂直于軌道)右側(cè)有方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.50T.一根質(zhì)量m=0.10kg的直金屬桿ab垂直于軌道放在兩根軌道上.某時(shí)刻桿ab以v0=2.0m/s且平行于軌道的初速度進(jìn)入磁場(chǎng),同時(shí)在桿上施加一個(gè)水平拉力,使其以a=2.0m/s2的加速度做勻減速直線運(yùn)動(dòng).桿ab始終與軌道垂直且它們之間保持良好接觸.桿ab和軌道的電阻均可忽略.
(1)請(qǐng)你通過(guò)計(jì)算判斷,在金屬桿ab向右運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,桿上所施加的水平拉力的方向;
(2)在金屬桿ab向右運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,求桿中的感應(yīng)電流為最大值的
14
時(shí),水平拉力的大��;
(3)從金屬桿ab進(jìn)入磁場(chǎng)至速度減為零的過(guò)程中,電阻R上發(fā)出的熱量Q=0.13J,求此過(guò)程中水平拉力做的功.
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同步練習(xí)冊(cè)答案
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