如图所示,水平放置的光滑的金属导轨M、N,平行地置于匀强磁场中,间距为L,金属棒ab的质量为m,电阻为r,放在导轨上且与导轨垂直.磁场的磁感应强度大小为B,方向与导轨平面成夹角α 且与金属棒ab垂直,定值电阻为R,电源及导轨电阻不计.当电键闭合的瞬间,测得棒ab的加速度大小为a,则电源电动势为多大?
试题分析: 当电键闭合的瞬间,导体棒受到重力mg、轨道的支持力N和安培力F三个力作用,如图.根据牛顿第二定律得
Fsinα=ma (2分)
又F=BIL (2分)
(2分)
联立以上三式得,电源的电动势(1分)
如图所示,电源电动势E=6V,内阻r=1Ω,滑动变阻器的最大阻值R1=10Ω,定值电阻R2=10Ω,R3=3Ω,R4=10Ω,电容器的电容C=20μF.开关S闭合电路稳定后,求:
⑴滑动变阻器滑片从最左端滑到最右端的过程中,通过R4的电量;
⑵在⑴的过程中电源的最大输出功率。
【解析】:⑴滑动变阻器滑片处于最左端时,R1、R2被短路,电容器两端的电压就是电源的路端电压
(2分)
滑动变阻器滑片处于最右端时,R1、R2并联电阻为电容器两端的电压:
(2分)
通过R4的电量q=C(U1—U2)=5×10—5C (2分)
⑵当外电阻越接近电源内阻时,电源的输出功率越大。所以滑动变阻器滑片处于最左端时,电源的最大输出功率最大
(2分)
如图所示,在倾角θ=30°足够长的光滑绝缘斜面的底端A点固定一电量为Q的正点电荷,在距离A为S0的C处由静止释放某带正电荷的小物块P(可视为点电荷),小物块运动到B点(图中未画出)时速度最大,最大速度为vm。已知小物块P释放瞬间的加速度大小恰好为重力加速度g。已知静电力常量为k,空气阻力忽略不计。求
(1)小物块所带电量q和质量m之比;
(2)AB之间的距离S;
(3)CB之间的电势差UCB。
【解析】(1)小物块P释放瞬间的加速度大小能达到g,说明小物块P释放后应向上加速运动,由牛顿运动定律得
(2分) (2分)
(2)当合力为零,速度最大
(2分) 解得 (2分)
(3)从C运动到B的过程中,根据动能定理
qUCB—mgSsin300= (2分) (1分)
如图所示,△OAC的三个顶点的坐标分别为O(0,0)、A(L,0)、C(0,L),在△OAC区域内存在垂直于xOy平面向里的匀强磁场.在t=0时刻,从三角形的OA边各处有质量均为m、电荷量均为q的带正电粒子射入磁场,所有粒子射入磁场时相同速度且均沿y轴正向,已知在t=t0时刻从OC边射出磁场的粒子的速度方向垂直于y轴.不计粒子的重力和粒子间的相互作用。求(1)带电粒子在磁场中运动的周期T;
(2)磁场的磁感应强度B的大小;
(3)若恰好不能从AC边离开磁场的粒子最终从O点离开磁场,求粒子进入磁场时的速度大小v1;
(4)若从OA边两个不同位置射入磁场的粒子,先后从OC边上的同一点P(图中未标出)射出磁场,这两个粒子经过P点的时间间隔与P点位置有关,若该时间间隔的最大值为,求粒子进入磁场时的速度大小v2。
【解析】(1)在t=t0时刻从OC边射出磁场的粒子在磁场中运动了四分之一周期,
则T=4t0 (2分)
(2)带电粒子在磁场中做匀速圆周运动
解得:(2分)
(3)粒子运动轨迹如图所示
(2分) (1分)
(1分)
(4)时间间隔最大时两粒子的运动轨迹如图所示。
(1分)
当Δt最大为时,有: 解得: (1分)
由几何关系得:,解得: (2分)
又,则,联立解得: (2分)
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