如图所示,两足够长的平行光滑的金属导轨、相距为m,导轨平面与水平面夹角,导轨电阻不计,磁感应强度为的匀强磁场垂...
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问题详情:
如图所示,两足够长的平行光滑的金属导轨、相距为m,导轨平面与水平面夹角,导轨电阻不计,磁感应强度为的匀强磁场垂直导轨平面向上,长为m的金属棒垂直于、放置在导轨上,且始终与导轨接触良好,金属棒的质量为kg、电阻为Ω,两金属导轨的上端连接右侧电路,电路中通过导线接一对水平放置的平行金属板,两板间的距离和板长均为m,定值电阻为Ω,现闭合开关并将金属棒由静止释放,取m/s2,求:
(1)金属棒下滑的最大速度为多大?
(2)当金属棒下滑达到稳定状态时,整个电路消耗的电功率为多少?
(3)当金属棒稳定下滑时,在水平放置的平行金属板间加一垂直于纸面向里的匀强磁场,在下板的右端且非常靠近下板的位置处有一质量为kg、所带电荷量为C的液滴以初速度水平向左*入两板间,该液滴可视为质点,要使带电粒子能从金属板间*出,初速度应满足什么条件?
【回答】
(1)当金属棒匀速下滑时速度最大,设最大速度vm,则有
F安=B1IL
所以 代入数据解得:vm=10m/s
(2)金属棒匀速下滑时,动能不变,重力势能减小,此过程中重力势能转化为电能,重力做功的功率等于整个电路消耗的电功率P=m1gsinαvm=100W (或)
(3)金属棒下滑稳定时,两板间电压U=IR2=15V
因为液滴在两板间有 所以该液滴在两平行金属板间做匀速圆周运动
当液滴恰从上板左端边缘*出时: 所以v1=0.5m/s
当液滴恰从上板右侧边缘*出时: 所以v2=0.25m/s
初速度v应满足的条件是:v1≤0.5m/s 或v2≥0.25m/s
知识点:专题八 电磁感应
题型:综合题
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