平行光滑導(dǎo)軌置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=0.4T,方向垂直于導(dǎo)軌平面.金屬棒ab以速度v向左勻速運(yùn)動(dòng).導(dǎo)軌寬度L=1m,電阻R1=R3=8Ω,R2=4Ω,導(dǎo)軌電阻不計(jì)(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(nèi)有一質(zhì)量為m=1×10-14㎏,電量q=1×10-15C的粒子,在電鍵s斷開時(shí)粒子處于靜止?fàn)顟B(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(yùn)動(dòng)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?

【答案】分析:(1)帶電粒子重力不可忽略,S斷開時(shí),粒子在重力與電場(chǎng)力作用下處于靜止?fàn)顟B(tài);S閉合時(shí),粒子在重力和電場(chǎng)力作用下產(chǎn)生加速度,可求平行板間電壓,根據(jù)閉合電路歐姆定律和串并聯(lián)電路特點(diǎn)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(shí),粒子在重力與電場(chǎng)力作用下處于靜止?fàn)顟B(tài),得:
S閉合時(shí),粒子在重力和電場(chǎng)力作用下產(chǎn)生加速度,由牛頓第二定律得,
代人數(shù)據(jù)解得,U1-U2=1.0V
開關(guān)閉合后,R1和R3并聯(lián)總電阻R=4Ω
閉合電路總電阻R=R2+R=8Ω
根據(jù)串聯(lián)電路的電壓分配關(guān)系得:
代人數(shù)據(jù)解得:U1=2.0V
金屬棒運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)
E=BLv=U1
所以:v=5.0m/s
(2)開關(guān)閉合后電路中的總電流:A
作用與導(dǎo)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(yùn)動(dòng)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(diǎn)評(píng):本題考查知識(shí)點(diǎn)多,對(duì)學(xué)生運(yùn)算能力、理解能力、細(xì)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.
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