如图所示,竖直放置的两根足够长的光滑金属导轨相距为L,导轨的两端分别与电源(串有一滑动变阻器R)、定值电阻、电...
问题详情:
如图所示,竖直放置的两根足够长的光滑金属导轨相距为L,导轨的两端 分别与电源(串有一滑动变阻器 R)、定值电阻、电容器(原来不带电)和开关K相连.整个空间充满了垂直于导轨平面向外的匀强磁场,其磁感应强度的大小为B.一质量为m,电阻不计的金属棒 ab 横跨在导轨上.已知电源电动势为E,内阻为r,电容器的电容为C,定值电阻的阻值为R0,不计导轨的电阻.
(1)当K接1时,金属棒 ab 在磁场中恰好保持静止,则滑动变阻器接入电路的阻值 R 为多大?
(2)当 K 接 2 后,金属棒 ab 从静止开始下落,下落距离 s 时达到稳定速度,则此稳定速度的大小为多大?下落 s 的过程中所需的时间为多少?
(3) ab 达到稳定速度后,将开关 K 突然接到3,试通过推导,说明 ab 作何种*质的运动?求 ab 再下落距离 s 时,电容器储存的电能是多少?(设电容器不漏电,此时电容器没有被击穿)
【回答】
(1)(2)(3)匀加速直线运动
【解析】
(1)金属棒ab在磁场中恰好保持静止,由BIL=mg
得 (2)由
得 由动量定理,得 其中 得 (3)K接3后的充电电流 mg-BIL=ma
得=常数 所以ab棒的运动*质是“匀加速直线运动”,电流是恒定的. v22-v2=2as 根据能量转化与守恒得 解得:
【点睛】
本题是电磁感应与电路、力学知识的综合,关键要会推导加速度的表达式,通过分析棒的受力情况,确定其运动情况.
知识点:磁场对通电导线的作用力
题型:解答题