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14.如圖所示,在磁感強(qiáng)度B=2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,有一個(gè)半徑r=0.5m的金屬圓環(huán).圓環(huán)所在的平面與磁感線垂直.OA是一個(gè)金屬棒,它(俯視)沿著順時(shí)針?lè)较蛞?0rad/s的角速度繞圓心O勻速轉(zhuǎn)動(dòng).A端始終與圓環(huán)相接觸OA棒的電阻R=0.1Ω,圖中定值電阻R1=100Ω,R2=4.9Ω,電容器的電容C=1000pF.圓環(huán)和連接導(dǎo)線的電阻忽略不計(jì),求:
(1)電容器的帶電量?哪個(gè)極板帶正電?
(2)電路中消耗的電功率是多少?

分析 (1)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律求出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),結(jié)合閉合電路歐姆定律求出感應(yīng)電流,從而得出電容器兩端的電壓,根據(jù)Q=CU求出電荷量.根據(jù)右手定則得出感應(yīng)電流的方向,從而確定電勢(shì)的高低,判斷出電容器哪個(gè)極板帶正電.
(2)根據(jù)電流的大小,結(jié)合功率的公式求出整個(gè)電路消耗的功率.

解答 解:(1)畫(huà)出等效電路圖,如圖所示,導(dǎo)體棒OA產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BL¯v=Brr2ω=2×0.5×0.52×20V=5V.
根據(jù)閉合電路歐姆定律得,I=ER+R2=50.1+4.9A=1A,
則Q=CUc=CIR2=109×1×4.9C=4.9×10-9C.
根據(jù)右手定則知,感應(yīng)電流的方向由O→A,但導(dǎo)體棒切割磁感線相當(dāng)于電源,在電源內(nèi)部電流從電勢(shì)低處流向電勢(shì)高處,故A點(diǎn)的電勢(shì)高于B點(diǎn),又由于電容器上板與A相接即為正極,同理電容器下板由于與O相接為負(fù)極.
(2)電路中消耗的電功率P=I2(R+R2)=1×5W=5W.
答:(1)電容器的帶電量為4.9×10-9C,上極板帶正電;
(2)電路中消耗的電功率是5W.

點(diǎn)評(píng) 解決本題時(shí)注意:(1)電容器兩板雖然與切割磁感線的導(dǎo)體相連,但兩板間并不等于導(dǎo)體棒OA產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).因?yàn)閷?dǎo)體棒有電阻.所以電容器的電壓應(yīng)等于整個(gè)回路的端電壓.
(2)電路中消耗的功率由于導(dǎo)體棒有電阻,即相當(dāng)于電源有內(nèi)阻,所以電路中消耗的功率不僅在外電阻R2上,而且還消耗在內(nèi)阻R上.P=I2(R+R2)或根據(jù)能量守恒P=Iε.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:計(jì)算題

17.如圖所示,在豎直平面內(nèi)固定有兩個(gè)很靠近的同心圓軌道,外圓光滑,內(nèi)圓粗糙,一質(zhì)量為m的小球從軌道的最低點(diǎn)以初速度v0向右運(yùn)動(dòng),球的直徑略小于兩圓間距,球運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為R,不計(jì)空氣阻力,重力加速度為g.
(1)判斷小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能是否守恒,并簡(jiǎn)要說(shuō)明原因.
(2)若使小球始終做完整的圓周運(yùn)動(dòng),則v0的最小值是多少?

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:解答題

5.在現(xiàn)代科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)設(shè)備中,可以通過(guò)施加適當(dāng)?shù)碾妶?chǎng)、磁場(chǎng)來(lái)改變或控制帶電粒子的運(yùn)動(dòng).現(xiàn)用電場(chǎng)或磁場(chǎng)來(lái)控制質(zhì)量為m、電荷量為q的正電荷的運(yùn)動(dòng).如圖1所示,在xOy平面內(nèi)有一點(diǎn)P,OP與x軸夾角θ=45°,且OP=l,不計(jì)電荷的重力.

(1)若該電荷以速度v0從O點(diǎn)沿x軸正方向射出,為使電荷能夠經(jīng)過(guò)P點(diǎn),
a.若在整個(gè)空間只加一平行于y軸方向的勻強(qiáng)電場(chǎng),求電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小和方向;
b.若在整個(gè)空間只加一垂直于xOy平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和方向.
(2)若整個(gè)空間同時(shí)存在(1)中的電場(chǎng)和磁場(chǎng),某時(shí)刻將該電荷從O點(diǎn)由靜止釋放,該電荷能否再次回到O點(diǎn)?請(qǐng)你在圖2中大致畫(huà)出電荷的運(yùn)動(dòng)軌跡.

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:多選題

2.如圖,平行金屬導(dǎo)軌與水平面間夾角為θ,導(dǎo)軌電阻不計(jì),與阻值為R的定值電阻相連,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直穿過(guò)導(dǎo)軌平面.有一質(zhì)量為m、長(zhǎng)為l的導(dǎo)體棒從ab位置(ab與導(dǎo)軌垂直)獲得平行斜面的大小為v的初速度向上運(yùn)動(dòng),最遠(yuǎn)到達(dá)a′b′的位置,滑行的距離為x,導(dǎo)體棒的電阻也為R,與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,則( �。�
A.上滑過(guò)程中導(dǎo)體棒做勻減速運(yùn)動(dòng)
B.上滑過(guò)程中安培力、滑動(dòng)摩擦力和重力對(duì)導(dǎo)體棒做的總功為mv22
C.上滑過(guò)程中電流做功產(chǎn)生的熱量為mv22-mgx(sin θ+μcos θ)
D.上滑過(guò)程中導(dǎo)體棒損失的機(jī)械能為mv22-mgxsin θ

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:計(jì)算題

9.如圖所示,水平放置的金屬細(xì)圓環(huán)半徑為r=0.2m,豎直放置的金屬細(xì)圓柱(其半徑比0.2m 小得多)的端面與金屬圓環(huán)的上表面在同一平面內(nèi),圓柱的細(xì)軸通過(guò)圓環(huán)的中心O,在一質(zhì)量和電阻均不計(jì)的導(dǎo)體棒A端固定一個(gè)質(zhì)量為m=0.1kg的金屬小球,被圓環(huán)和細(xì)圓柱端面支撐,導(dǎo)體棒的O端有一小孔套在細(xì)軸上,固定小球的一端可繞軸線沿圓環(huán)做圓周運(yùn)動(dòng),小球與圓環(huán)的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.1,圓環(huán)處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=2T、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,金屬細(xì)圓柱與圓環(huán)之間連接如圖電學(xué)元件,不計(jì)棒與軸及與細(xì)圓柱端面的摩擦,也不計(jì)細(xì)圓柱、圓環(huán)及感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng),現(xiàn)閉合S1,將S2撥在1位置,對(duì)小球施加一個(gè)方向始終垂直于棒、大小恒定的水平外力作用,穩(wěn)定后導(dǎo)體棒以角速度ω=10rad/s勻速轉(zhuǎn)動(dòng),已知R1=0.3Ω,R2=R3=0.6Ω.則:
(1)求水平外力的功率.
(2)保持S1閉合,作用在棒上的水平外力不變,將S2由1拔到2位置,求導(dǎo)體棒再次勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度.

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:多選題

19.如圖所示,小車的上面固定一個(gè)光滑彎曲圓管道,整個(gè)小車(含管道)的質(zhì)量為2m,原來(lái)靜止在光滑的水平面上,今有一個(gè)可以看做質(zhì)點(diǎn)的小球,質(zhì)量為m,半徑略小于管道半徑,以水平速度v從左端滑上小車,小球恰好到達(dá)管道的最高點(diǎn)后,然后從管道左端滑離小車,關(guān)于這個(gè)過(guò)程,下列說(shuō)法正確的是(  )
A.小球滑離小車時(shí),小車回到原來(lái)位置
B.小球滑離小車時(shí)相對(duì)小車的速度為v
C.車上管道中心線最高點(diǎn)的豎直高度為v23g
D.小球在滑上曲面到滑到最高點(diǎn)的過(guò)程中,小車的動(dòng)量變化大小是mv3

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:多選題

6.如圖所示,傾角為θ的斜面上固定兩根足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌戶PQ、MN,導(dǎo)軌電阻不計(jì),相距為L(zhǎng).導(dǎo)軌處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面向下.兩根導(dǎo)體棒a、b質(zhì)量相等均為m,其電阻之比為2:1.a(chǎn)、b棒均垂直導(dǎo)軌放置且與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ相同,μ<tanθ.對(duì)導(dǎo)體棒a施加沿斜面向上的恒力F,a棒沿斜面向上運(yùn)動(dòng),同時(shí)將b棒由靜止釋放,最終a、b棒均做勻速運(yùn)動(dòng).兩棒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終與導(dǎo)軌垂直.且與導(dǎo)軌接觸良好.則( �。�
A.恒力F的大小等于2mgsinθ
B.勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)a、b兩棒的速度等大
C.勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)速度之比為2:1
D.拉力F做的功等于回路消耗的電能和摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能之和

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:多選題

3.如圖所示,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,有兩根豎直放置的平行金屬導(dǎo)軌,頂端用一電阻R相連,兩導(dǎo)軌所在的豎直平面與磁場(chǎng)方向垂直,一根金屬棒a在不外加作用力狀況下,以初速度v0沿導(dǎo)軌豎直向上運(yùn)動(dòng),到某一高度后又向下運(yùn)動(dòng)返回到原出發(fā)點(diǎn),整個(gè)過(guò)程中金屬棒與導(dǎo)軌保持垂直且接觸良好,導(dǎo)軌與棒間的摩擦及它們的電阻均可忽略不計(jì),則在金屬棒整個(gè)上行與整個(gè)下行的兩個(gè)過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是( �。�
A.回到出發(fā)點(diǎn)的速度v等于初速度v0
B.上行過(guò)程中通過(guò)R的電量等于下行過(guò)程中通過(guò)R的電量
C.上行過(guò)程中R上產(chǎn)生的熱量等于下行過(guò)程中R上產(chǎn)生的熱量
D.上行的運(yùn)動(dòng)時(shí)間小于下行的運(yùn)動(dòng)時(shí)間

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

4.超級(jí)電容器又叫雙電層電容器,是一種新型儲(chǔ)能裝置,它不同于傳統(tǒng)的化學(xué)電源,是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池之間、具有特殊性能的電容器.如圖為-款標(biāo)有“2.7V,3000 F”的超級(jí)電容器,據(jù)此可知該款電容器 ( �。�
A.放電時(shí)電容不變
B.充電時(shí)電能減少
C.在2.7 V電壓下才能工作
D.兩極所加電壓為2.7 V時(shí),電容才達(dá)到3000 F

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同步練習(xí)冊(cè)答案
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