如圖所示,兩根足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ間距為l=0.5 m,其電阻不計,兩導(dǎo)軌及其構(gòu)成的平面均與水平面成30°角.完全相同的兩金屬棒ab、cd分別垂直導(dǎo)軌放置,每棒兩端都與導(dǎo)軌始終有良好接觸,已知兩棒質(zhì)量均為m=0.02 kg,電阻均為R=0.1 Ω,整個裝置處在垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強磁場中,磁感應(yīng)強度B=0.2 T,棒ab在平行于導(dǎo)軌向上的力F作用下,沿導(dǎo)軌向上勻速運動,而棒cd恰好能夠保持靜止.取g=10 m/s2,問:

(1)通過棒cd的電流I是多少,方向如何?
(2)棒ab受到的力F多大?
(3)棒cd每產(chǎn)生Q=0.1 J的熱量,力F做的功W是多少?
(1)1 A 電流方向由d至c (2)0.2 N  (3)0.4 J
(1)棒cd受到的安培力為:
Fcd=IlB ①
棒cd在共點力作用下平衡,則:
Fcd=mgsin 30° ②
由①②式,代入數(shù)據(jù)解得:
I=1 A ③
根據(jù)楞次定律可知,棒cd中的電流方向由d至c.④
(2)棒ab與棒cd受到的安培力大小相等,即:
Fab=Fcd
對棒ab,由共點力平衡知:
F=mgsin 30°+IlB ⑤
代入數(shù)據(jù)解得:F=0.2 N.   ⑥
(3)設(shè)在時間t內(nèi)棒cd產(chǎn)生Q=0.1 J熱量,由焦耳定律知:
Q=I2Rt ⑦
設(shè)棒ab勻速運動的速度大小為v,其產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為:
E=Blv ⑧
由閉合電路歐姆定律知:
I=
由運動學公式知在時間t內(nèi),棒ab沿導(dǎo)軌的位移為:
x=vt  ⑩
力F做的功為:
W=Fx  ?
綜合上述各式,代入數(shù)據(jù)解得:
W=0.4 J. ?
練習冊系列答案
相關(guān)習題

科目:高中物理 來源:不詳 題型:計算題

(18分)如圖所示,空間分布著有理想邊界的勻強電場和勻強磁場。左側(cè)勻強電場的場強大小為E、方向水平向右,電場寬度為L;中間區(qū)域勻強磁場的磁感應(yīng)強度大小為B,方向垂直紙面向外。一個質(zhì)量為m、電量為q、不計重力的帶正電的粒子從電場的左邊緣的O點由靜止開始運動,穿過中間磁場區(qū)域進入右側(cè)磁場區(qū)域后,又回到O點,然后重復(fù)上述運動過程.求:

(1)中間磁場區(qū)域的寬度d;
(2)帶電粒子從O點開始運動到第一次回到O點所用時間t。

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:計算題

如圖所示,x軸的上方存在方向與x軸正方向成1350角的勻強電場,電場強度為E=1×103V/m,x軸的下方存在垂直紙面向里的勻強磁場,磁感應(yīng)強度B=0.5T。有一個質(zhì)量為m=1×10-11kg,電荷量為q=1×10-7C的帶正電粒子,從坐標原點O以速度v=2×103 m/s沿與x軸負方向成45°角方向進入磁場,設(shè)x軸上下方的電場和磁場區(qū)域足夠大,不計粒子重力。求:

(1)粒子從O點出發(fā)到第一次經(jīng)過x軸前,在磁場中運動軌跡的半徑。
(2)粒子從O點出發(fā)到第一次經(jīng)過x軸所經(jīng)歷的時間。
(3)粒子從O點出發(fā)到第四次經(jīng)過x軸的坐標。

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

設(shè)空間存在豎直向下的勻強電場和垂直紙面向里的勻強磁場,如圖所示,已知一離子在電場力和洛侖茲力的作用下,從靜止開始自A點沿曲線ACB運動,到達B點時速度為零,C點是運動的最低點,忽略重力,以下說法正確的是(  )
A.這離子帶負電荷
B.A點和B點位于同一高度
C.離子在C點時速度最大
D.離子到達B點時,將沿原曲線返回A點

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:計算題

如圖,長為L的一對平行金屬板平行正對放置,間距,板間加上一定的電壓.現(xiàn)從左端沿中心軸線方向入射一個質(zhì)量為m、帶電量為+q的帶電微粒,射入時的初速度大小為v0.一段時間后微粒恰好從下板邊緣P1射出電場,并同時進入正三角形區(qū)域.已知正三角形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強磁場B1,三角形的上頂點A與上金屬板平齊,底邊BC與金屬板平行.三角形區(qū)域的右側(cè)也存在垂直紙面向里、范圍足夠大的勻強磁場B2,且B2=4B1.不計微粒的重力,忽略極板區(qū)域外部的電場.

(1)求板間的電壓U和微粒從電場中射出時的速度大小和方向.
(2)微粒進入三角形區(qū)域后恰好從AC邊垂直邊界射出,求磁感應(yīng)強度B1的大小.
(3)若微粒最后射出磁場區(qū)域時與射出的邊界成30°的夾角,求三角形的邊長.

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如圖所示,一個質(zhì)量為m、帶正電荷的物塊在水平電場E=kt(t為時間,k為大于零的常數(shù))的作用下被壓在絕緣的豎直墻面上.若電場空間和墻面均足夠大,從t=0時刻開始,物塊所受的摩擦力的大小Ff隨時間t變化的關(guān)系圖是(  )

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:計算題

(11分)如圖所示,紙平面內(nèi)一帶電粒子以某一速度做直線運動,一段時間后進入一垂直于紙面向里的圓形勻強磁場區(qū)域(圖中未畫出磁場區(qū)域),粒子飛出磁場后從上板邊緣平行于板面進入兩面平行的金屬板間,兩金屬板帶等量異種電荷,粒子在兩板間經(jīng)偏轉(zhuǎn)后恰從下板右邊緣飛出。已知帶電粒子的質(zhì)量為m,電量為q,其重力不計,粒子進入磁場前的速度方向與帶電板成θ=60°角。勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B,帶電板板長為L,板間距為d,板間電壓為U。試解答:

(1)上金屬板帶什么電?
(2)粒子剛進入金屬板時速度為多大?
(3)圓形磁場區(qū)域的最小面積為多大?

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:計算題

(18分) 在直角坐標系第一象限與第三象限分布有如圖所示的勻強磁場和勻強電場,電場強度為E、磁感應(yīng)強度為;現(xiàn)在第三象限中從P點以初速度沿x軸方向發(fā)射質(zhì)量為,帶的離子,離子經(jīng)電場后恰從坐標原點O射入磁場。

(1)已知P點的縱坐標為,試求P點的橫坐標x;
(2)若離子經(jīng)O點射入磁場時的速度為2,試求離子在磁場中運動的時間及磁場出射點距O點的距離d。

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:計算題

在平面直角坐標系xOy中,第Ⅰ象限存在沿y軸負方向的勻強電場,第Ⅳ象限存在垂直于坐標平面向外的勻強磁場,磁感應(yīng)強度為B。一質(zhì)量為m.電荷量為q的帶正電的粒子從y軸正半軸上的M點以速度v0垂直于y軸射入電場,經(jīng)x軸上的N點與x軸正方向成θ=60°角射入磁場,最后從y軸負半軸上的P點垂直于y軸射出磁場,如圖所示。不計粒子重力,求:

(1)粒子過N點時速度;
(2)粒子在磁場中運動的軌道半徑r;
(3)粒子從M點運動到P點的總時間t。

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