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如图甲所示,质量为m的导体棒ab垂直放在相距为l的平行且无限长的金属导轨上[高三][物理]
收录时间:2021-06-21    答题:高三物理(伍老师)

【题目】如图甲所示,质量为m的导体棒ab垂直放在相距为l的平行且无限长的金属导轨上,导体棒ab与平行金属导轨的摩擦因数为μ,导轨平面与水平面的夹角为θ,并处于磁感应强度大小为B、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中。RRx分别表示定值电阻和滑动变阻器连入电路的阻值,不计其他电阻。现由静止释放导体棒,当通过R的电荷量达到q时,导体棒ab刚好达到最大速度。重力加速度为g

(1)求导体棒达到最大速度vm

(2)求从释放导体棒到棒达到最大速度时下滑的距离s

(3)若将左侧的定值电阻和滑动变阻器换为水平放置的电容为C的平行板电容器,如图乙所示,导体棒ab由静止释放到达到(1)中的速度vm需要多少时间(vm表示最大速度)?

 

【答案】(1) (2)  (3)

【解析】试题分析ab棒受力分析,由牛顿第二定律即可求出最大速度;在导体棒下滑过程中根据法拉第电磁感应定律和电量公式,即可求得下滑的距离;换成电容后,根据牛顿第二定律和电容的定义式可求出ab下滑的加速度,在根据速度时间公式求出运动时间。

(1)在ab加速下滑的过程中,根据牛顿第二定律:

mgsinθμmgcosθFAma

式中安培力FABIl

其中

当加速度为0时,ab的速度vvm

以上联立解得:

对于闭合回路,在全过程中,根据法拉第电磁感应定律得ab中的平均

感应电动势:

由闭合电路欧姆定律得通过R的平均电流:

通过R的电荷量

联立以上解得:

(3)ab下滑的速度大小为v时经历的时间为t,通过ab的电流为i,则:

设在时间间隔Δt内平行板电容器增加的电荷量为ΔQ,则:

此时平行板电容器两端的电压的增量为ΔUBlΔv

根据电容的定义

ΔvaΔt

联立上面各式得ab下滑的加速度

上式表明ab做初速度为0的匀加速运动,所以