题目内容

(18分)如图,匀强磁场垂直铜环所在的平面,导体棒a的一端固定在铜环的圆心O处,另一端紧贴圆环,可绕O匀速转动.通过电刷把铜环、环心与两竖直平行金属板P、Q连接成如图所示的电路,R1、R2是定值电阻.带正电的小球通过绝缘细线挂在两板间M点,被拉起到水平位置;合上开关K,无初速度释放小球,小球沿圆弧经过M点正下方的N点到另一侧.
已知:磁感应强度为B;a的角速度大小为ω,长度为l,电阻为r;R1=R2=2r,铜环电阻不计;P、Q两板间距为d;带电的质量为m、电量为q;重力加速度为g.求:
(1)a匀速转动的方向;
(2)P、Q间电场强度E的大小;
(3)小球通过N点时对细线拉力T的大小.

见试题分析

解析试题分析:
(1)依题意,小球从水平位置释放后,能沿圆弧向下摆动,故小球受到电场力的方向水平向右,P板带正电,Q板带负电。由右手定则可知,导体棒a顺时针转动。(2分)
(2)导体棒a转动切割磁感线,由法拉第电磁感应定律得电动势大小:
         ①(2分,若缺中间推导式只得1分)
由闭合电路欧姆定律:    ②(2分)
由欧姆定律可知,PQ的电压为:UPQ ③(2分)
故PQ间匀强电场的电场强度大小: ④(2分)
联立①②③④,代入R1=R2=2r,可得:⑤(2分)
(3)设细绳长度为L,小球到达N点时速度为v,由动能定理可得:
                     ⑥(2分)
                        ⑦(2分)
由⑤⑥⑦得:          ⑧(2分)
【评分说明:第(1)问给2分,若在图中标明方向且正确也可,若答“从图示位置向上转动”或“从图示位置向右转动”也可;①②③④⑤⑥⑦⑧各2分。共18分。】
考点:法拉第电磁感应定律 闭合电路欧姆定律 动能定理

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