题目内容
如图所示,两足够长的平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为L=1m,导轨平面与水平面夹角,导轨电阻不计。磁感应强度为B1=2T的匀强磁场垂直导轨平面向上,长为L=1m的金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上,且始终与导轨接触良好,金属棒的质量为m1=2kg、电阻为R1=1。两金属导轨的上端连接右侧电路,电路中通过导线接一对水平放置的平行金属板,两板间的距离和板长均为d=0.5m,定值电阻为R2=3,现闭合开关S并将金属棒由静止释放,重力加速度为g=10m/s2,求:
(1)金属棒下滑的最大速度为多大?
(2)当金属棒下滑达到稳定状态时,整个电路消耗的电功率P为多少?
(3)当金属棒稳定下滑时,在水平放置的平行金属间加一垂直于纸面向里的匀强磁场B2=3T,在下板的右端且非常靠近下板的位置有一质量为m2=3×10—4kg、带电量为q=-1×10-4C的液滴以初速度v水平向左射入两板间,该液滴可视为质点。要使带电粒子能从金属板间射出,初速度v应满足什么条件?
(1)当金属棒匀速下滑时速度最大,设最大速度为vm,
达到最大时则有 (1分)
(1分)
(1分)
所以(1分)
解得最大速度(1分)
(2)整个电路消耗的电功率(2分)所以P=100W(1分)
用其它方法解的只要过程和结果正确就给满分
(3)金属棒下滑稳定时,两板间电压U=IR2=15V(1分)
因为液滴在两板间有(2分)
所以该液滴在两平行金属板间做匀速圆周运动,
当液滴恰从上板左端边缘射出时:(2分)
所以(1分)
当液滴恰从上板右侧边缘射出时:(2分)
所以(1分)
初速度v应满足的条件是:或(2分)