Question

平行光滑導軌置于勻強磁場中，磁感應強度為B=0.4T，方向垂直于導軌平面．金屬棒ab以速度v向左勻速運動．導軌寬度L=1m，電阻R₁=R₃=8Ω，R₂=4Ω，導軌電阻不計（金屬棒ab電阻不能忽略），平行板電容器兩板水平放置，板間距離d=10mm，內有一質量為m=1×10^-14㎏，電量q=1×10^-15C的粒子，在電鍵s斷開時粒子處于靜止狀態(tài)，s閉合后粒子以a=6m/s²的加速度勻加速下落，g取10m/s²．
求：（1）金屬棒運動的速度為多少？
（2）s閉合后，作用于棒的外界拉力的功率為多少？

Answer 1

【答案】分析：（1）帶電粒子重力不可忽略，S斷開時，粒子在重力與電場力作用下處于靜止狀態(tài)；S閉合時，粒子在重力和電場力作用下產生加速度，可求平行板間電壓，根據閉合電路歐姆定律和串并聯(lián)電路特點可求金屬棒速度；
（2）s閉合后，作用于棒的外界拉力的功率可以使用公式P=Fv求得．
解答：解：（1）S斷開時，粒子在重力與電場力作用下處于靜止狀態(tài)，得：①
S閉合時，粒子在重力和電場力作用下產生加速度，由牛頓第二定律得，②
代人數據解得，U₁-U₂=1.0V
開關閉合后，R₁和R₃并聯(lián)總電阻R_并=4Ω
閉合電路總電阻R=R₂+R_并=8Ω
根據串聯(lián)電路的電壓分配關系得：
代人數據解得：U₁=2.0V
金屬棒運動產生感應電動勢
E=BLv=U₁
所以：v=5.0m/s
（2）開關閉合后電路中的總電流：A
作用與導體棒上的拉力：F=BIL=0.1N
作用于棒的外界拉力的功率為：P=Fv=0.5W
答：（1）金屬棒運動的速度為5.0m/s；
（2）s閉合后，作用于棒的外界拉力的功率為0.5W．
點評：本題考查知識點多，對學生運算能力、理解能力、細心程度等各方面要求較高，此外題目示意圖的理解也有一定難度，要好好把握．