問題詳情:
如圖所示,兩足夠長的平行光滑的金屬導軌、相距為m,導軌平面與水平面夾角,導軌電阻不計,磁感應強度為的勻強磁場垂直導軌平面向上,長為m的金屬棒垂直於、放置在導軌上,且始終與導軌接觸良好,金屬棒的質量為kg、電阻為Ω,兩金屬導軌的上端連接右側電路,電路中通過導線接一對水平放置的平行金屬板,兩板間的距離和板長均為m,定值電阻為Ω,現閉合開關並將金屬棒由靜止釋放,取m/s2,求:
(1)金屬棒下滑的最大速度為多大?
(2)當金屬棒下滑達到穩定狀態時,整個電路消耗的電功率為多少?
(3)當金屬棒穩定下滑時,在水平放置的平行金屬板間加一垂直於紙面向裏的勻強磁場,在下板的右端且非常靠近下板的位置處有一質量為kg、所帶電荷量為C的液滴以初速度水平向左*入兩板間,該液滴可視為質點,要使帶電粒子能從金屬板間*出,初速度應滿足什麼條件?
【回答】
(1)當金屬棒勻速下滑時速度最大,設最大速度vm,則有
F安=B1IL
所以 代入數據解得:vm=10m/s
(2)金屬棒勻速下滑時,動能不變,重力勢能減小,此過程中重力勢能轉化為電能,重力做功的功率等於整個電路消耗的電功率P=m1gsinαvm=100W (或)
(3)金屬棒下滑穩定時,兩板間電壓U=IR2=15V
因為液滴在兩板間有 所以該液滴在兩平行金屬板間做勻速圓周運動
當液滴恰從上板左端邊緣*出時: 所以v1=0.5m/s
當液滴恰從上板右側邊緣*出時: 所以v2=0.25m/s
初速度v應滿足的條件是:v1≤0.5m/s 或v2≥0.25m/s
知識點:專題八 電磁感應
題型:綜合題