(2009?四川)如圖所示,直線形擋板p1p2p3與半徑為r的圓弧形擋板p3p4p5平滑連接并安裝在水平臺(tái)面b1b2b3b4上,擋板與臺(tái)面均固定不動(dòng).線圈c1c2c3的匝數(shù)為n,其端點(diǎn)c1、c3通過(guò)導(dǎo)線分別與電阻R1和平行板電容器相連,電容器兩極板間的距離為d,電阻R1的阻值是線圈c1c2c3阻值的2倍,其余電阻不計(jì),線圈c1c2c3內(nèi)有一面積為S、方向垂直于線圈平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間均勻增大.質(zhì)量為m的小滑塊帶正電,電荷量始終保持為q,在水平臺(tái)面上以初速度v0從p1位置出發(fā),沿?fù)醢暹\(yùn)動(dòng)并通過(guò)p5位置.若電容器兩板間的電場(chǎng)為勻強(qiáng)電場(chǎng),p1、p2在電場(chǎng)外,間距為L(zhǎng),其間小滑塊與臺(tái)面的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,其余部分的摩擦不計(jì),重力加速度為g.
求:
(1)小滑塊通過(guò)p2位置時(shí)的速度大。
(2)電容器兩極板間電場(chǎng)強(qiáng)度的取值范圍.
(3)經(jīng)過(guò)時(shí)間t,磁感應(yīng)強(qiáng)度變化量的取值范圍.
分析:(1)根據(jù)過(guò)程分析,滑塊從p1運(yùn)動(dòng)到p2的過(guò)程運(yùn)用動(dòng)能定理可以求解第一問(wèn);
(2)小滑塊要能到達(dá)p5位置,則必須能達(dá)到最高點(diǎn),根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),能在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)需要條件,列圓周運(yùn)動(dòng)的向心力公式,結(jié)合受力特點(diǎn)即可求解第二問(wèn);
(3)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律求出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),由閉合電路歐姆定律、電場(chǎng)公式聯(lián)立方程即可解決第三問(wèn).
解答:解:(1)小滑塊運(yùn)動(dòng)到位置p2時(shí)速度為v1,由動(dòng)能定理有:
-umgL=
1
2
m
v
2
1
-
1
2
m
v
2
0

           v1=
v
2
0
-2ugL

   (2)由題意可知,電場(chǎng)方向如圖,若小滑塊能通過(guò)位置p,則小滑塊可沿?fù)醢暹\(yùn)動(dòng)且通過(guò)位置p5,設(shè)小滑塊在位置p的速度為v,受到的擋板的彈力為N,
        勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度為E,由動(dòng)能定理有:
-umgL-2rEq=
1
2
m
v
2
 
-
1
2
m
v
2
0

       當(dāng)滑塊在位置p時(shí),由牛頓第二定律有:mg+N+Eq=m
v2
r

       由題意有:N≥0
       由以上三式可得:E≤
m(
v
2
0
-2ugL)
5qr

       E的取值范圍:0<E≤
m(
v
2
0
-2ugL)
5qr
   ①
   (3)設(shè)線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為E1,其電阻為R,平行板電容器兩端的電壓為U,t時(shí)間內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化量為△B,得:
             U=Ed    ②
        由法拉第電磁感應(yīng)定律得E1=n
△BS
t
     ③
        由全電路的歐姆定律得E1=I(R+2R)    ④
        U=2RI    ⑤
       由②③④⑤得:△B=
3Ed
2sn
t

       把①帶入上式得:0<△B≤
3md(
v
0
2
-2μgL)
10nsqr
t

所以經(jīng)過(guò)時(shí)間t,磁感應(yīng)強(qiáng)度變化量的取值范圍:0<△B≤
3md(
v
2
0
-2μgL)
10nsqr
t

答:(1)小滑塊通過(guò)p2位置時(shí)的速度大小為
v
2
0
-2ugL
;(2)電容器兩極板間電場(chǎng)強(qiáng)度的取值范圍為0<E≤
m(
v
2
0
-2ugL)
5qr
;(3)經(jīng)過(guò)時(shí)間t,磁感應(yīng)強(qiáng)度變化量的取值范圍為0<△B≤
3md(
v
2
0
-2μgL)
10nsqr
t
點(diǎn)評(píng):對(duì)于這類(lèi)題目,首先要細(xì)分過(guò)程,題目中條件繁雜,要畫(huà)出特定條件下的軌跡圖,要對(duì)每個(gè)過(guò)程進(jìn)行受力分析,從而鏈接熟悉的題型,就像本題第二個(gè)過(guò)程,大體上屬于圓周運(yùn)動(dòng),再細(xì)分就類(lèi)同于學(xué)過(guò)的豎直面內(nèi)的非勻速圓周運(yùn)動(dòng);此外一定要把所求問(wèn)題和已知條件,特別是特定條件結(jié)合起來(lái),尋求解題思路.就像第三問(wèn),求磁感應(yīng)強(qiáng)度變化量,它所聯(lián)系的是法拉第電磁感應(yīng)定律,列出公式,轉(zhuǎn)化為求E,再根據(jù)歐姆定律轉(zhuǎn)化為求U,這樣正反推導(dǎo)就可解決復(fù)雜問(wèn)題.
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:

(2009?四川)如圖所示,粗糙程度均勻的絕緣斜面下方O點(diǎn)處有一正點(diǎn)電荷,帶負(fù)電的小物體以初速度V1從M點(diǎn)沿斜面上滑,到達(dá)N點(diǎn)時(shí)速度為零,然后下滑回到M點(diǎn),此時(shí)速度為V2(V2<V1).若小物體電荷量保持不變,OM=ON,則( 。

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

(2009?四川)如圖甲所示,理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10:1,R1=20Ω,R2=30Ω,C為電容器.已知通過(guò)R1的正弦交流電如圖乙所示,則( 。

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

(2009?四川)如圖所示,空氣中有一橫截面為半圓環(huán)的均勻透明柱體,其內(nèi)圓半徑為r,外圓半徑為R,R=
2
r.現(xiàn)有一束單色光垂直于水平端面A射入透明柱體,只經(jīng)過(guò)兩次全反射就垂直于水平端面B射出.設(shè)透明柱體的折射率為n,光在透明柱體內(nèi)傳播的時(shí)間為t,若真空中的光速為c,則(  )

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源:人教版高三物理靜電場(chǎng)專項(xiàng)訓(xùn)練 題型:選擇題

(2009·四川高考)如圖9所示,粗糙程度均勻的絕緣斜面下方O點(diǎn)處有一正點(diǎn)電荷,帶

負(fù)電的小物體以初速度v1M點(diǎn)沿斜面上滑,到達(dá)N點(diǎn)時(shí)速度

為零,然后下滑回到M點(diǎn),此時(shí)速度為v2(v2<v1).若小物體電

荷量保持不變,OMON,則                        (  )

A.小物體上升的最大高度為                                圖9

B.從NM的過(guò)程中,小物體的電勢(shì)能逐漸減小

C.從MN的過(guò)程中,電場(chǎng)力對(duì)小物體先做負(fù)功后做正功

D.從NM的過(guò)程中,小物體受到的摩擦力和電場(chǎng)力均是先增大后減小

 

 

查看答案和解析>>

同步練習(xí)冊(cè)答案