小明是一個(gè)科技發(fā)明愛(ài)好者,疫情期間對(duì)連鎖反應(yīng)小開(kāi)關(guān)很感興趣,于是自己設(shè)計(jì)了一個(gè),可以用于延時(shí)控制家里用電器的開(kāi)關(guān)。如圖所示,與水平方向成夾角θ=370,軌道間距為L(zhǎng)=0.5m的兩平行金屬導(dǎo)軌BC、B′C′左端連接電容為C=2F的電容器,右端用絕緣光滑圓弧連接水平金屬導(dǎo)軌CD、C′D′,并在軌道上放置靜止的金屬導(dǎo)體棒b。在水平軌道末端DD′兩點(diǎn)安裝絕緣的無(wú)摩擦固定轉(zhuǎn)軸開(kāi)關(guān),若導(dǎo)體棒b經(jīng)過(guò)DD′兩點(diǎn)(無(wú)能量損失),轉(zhuǎn)軸開(kāi)關(guān)會(huì)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)900以擋住后面的金屬棒,金屬導(dǎo)體棒b則水平拋出,進(jìn)入半圓形導(dǎo)軌EFG-E′F′G′,若金屬棒與軌道發(fā)生碰撞,金屬棒不反彈,繼續(xù)沿軌道運(yùn)動(dòng),導(dǎo)軌半徑為R=0.8m與水平面垂直,EE′兩點(diǎn)略高于DD′兩點(diǎn),金屬棒可無(wú)碰撞通過(guò)。半圓形導(dǎo)軌末端與水平面相切于GG′(導(dǎo)體棒通過(guò)無(wú)能量損失),水平面動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.4,末端放置接觸式開(kāi)關(guān)S。BC,B′C′長(zhǎng)度為d=4m,a,b棒質(zhì)量相同均為1kg,兩磁場(chǎng)B1、B2大小均為2T,電阻之比為2:1,導(dǎo)軌摩擦均不計(jì),導(dǎo)體棒b的電阻值為1Ω?,F(xiàn)將導(dǎo)體棒a自BB′靜止釋放,求:
(1)導(dǎo)體棒a運(yùn)動(dòng)至CC′時(shí)的速度大小;(中學(xué)階段按勻加速運(yùn)動(dòng)處理)
(2)水平金屬導(dǎo)軌足夠長(zhǎng),a,b棒可在水平軌道上達(dá)到共速且不會(huì)發(fā)生碰撞,在該過(guò)程中b棒上生熱Qb;
(3)接觸式開(kāi)關(guān)S放在何位置導(dǎo)體棒才能打開(kāi)開(kāi)關(guān)所控制的用電器。
【考點(diǎn)】電磁感應(yīng)過(guò)程中的能量類(lèi)問(wèn)題;用能量守恒定律解決實(shí)際問(wèn)題;動(dòng)量守恒與能量守恒共同解決實(shí)際問(wèn)題;動(dòng)量定理的內(nèi)容和應(yīng)用;平拋運(yùn)動(dòng)速度的計(jì)算;加速度的定義、表達(dá)式、單位及物理意義;電磁感應(yīng)過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)類(lèi)問(wèn)題;電容的概念、單位與物理意義;用焦耳定律計(jì)算電熱;勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度與位移的關(guān)系;牛頓第二定律的簡(jiǎn)單應(yīng)用.
【答案】見(jiàn)試題解答內(nèi)容
【解答】
【點(diǎn)評(píng)】
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發(fā)布:2024/6/27 10:35:59組卷:30引用:1難度:0.3
相似題
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1.如圖所示,固定在水平面上間距為l的兩條平行光滑金屬導(dǎo)軌,垂直于導(dǎo)軌放置的兩根金屬棒MN和PQ長(zhǎng)度也為l、電阻均為R,兩棒與導(dǎo)軌始終接觸良好。MN兩端通過(guò)開(kāi)關(guān)S與電阻為R的單匝金屬線(xiàn)圈相連,線(xiàn)圈內(nèi)存在豎直向下均勻增加的磁場(chǎng),磁通量變化率為常量k。圖中虛線(xiàn)右側(cè)有垂直于導(dǎo)軌平面向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.PQ的質(zhì)量為m,金屬導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)、電阻忽略不計(jì)。
(1)閉合S,若使PQ保持靜止,需在其上加多大的水平恒力F,并指出其方向;
(2)斷開(kāi)S,PQ在上述恒力作用下,由靜止開(kāi)始到速度大小為v的加速過(guò)程中流過(guò)PQ的電荷量為q,求該過(guò)程安培力做的功W。發(fā)布:2024/12/29 20:30:1組卷:3145引用:16難度:0.5 -
2.如圖所示,足夠長(zhǎng)的U形光滑金屬導(dǎo)軌平面與水平面呈θ角,其中MN與PQ平行且間距為L(zhǎng),導(dǎo)軌平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直,導(dǎo)軌電阻不計(jì).金屬棒ab由靜止開(kāi)始沿導(dǎo)軌下滑,并與兩導(dǎo)軌始終保持垂直且接觸良好,ab棒在MN與PQ之間部分的電阻為R,當(dāng)ab棒沿導(dǎo)軌下滑的距離為x時(shí),棒的速度大小為v.則在這一過(guò)程中( ?。?/h2>
發(fā)布:2024/12/29 20:30:1組卷:78引用:3難度:0.7 -
3.2022年6月,我國(guó)首艘完全自主設(shè)計(jì)建造的航母“福建艦”下水亮相,除了引人注目的電磁彈射系統(tǒng)外,電磁阻攔索也是航母的“核心戰(zhàn)斗力”之一,其原理是利用電磁感應(yīng)產(chǎn)生的阻力快速安全地降低艦載機(jī)著艦的速度。如圖所示為電磁阻攔系統(tǒng)的簡(jiǎn)化原理:艦載機(jī)著艦時(shí)關(guān)閉動(dòng)力系統(tǒng),通過(guò)絕緣阻攔索拉住軌道上的一根金屬棒ab,金屬棒ab瞬間與艦載機(jī)共速并與之一起在磁場(chǎng)中減速滑行至停下。已知艦載機(jī)質(zhì)量為M,金屬棒質(zhì)量為m,接入導(dǎo)軌間電阻為r,兩者以共同速度為v0進(jìn)入磁場(chǎng)。軌道端點(diǎn)MP間電阻為R,不計(jì)其它電阻。平行導(dǎo)軌MN與PQ間距L,軌道間有豎直方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。除安培力外艦載機(jī)系統(tǒng)所受其它阻力均不計(jì)。求:
(1)艦載機(jī)和金屬棒一起運(yùn)動(dòng)的最大加速度a;
(2)艦載機(jī)減速過(guò)程中金屬棒ab中產(chǎn)生的焦耳熱Qab;
(3)艦載機(jī)減速過(guò)程通過(guò)的位移x的大小。發(fā)布:2024/12/29 23:0:1組卷:208引用:4難度:0.4