如图所示,光滑的平行水平金属导轨MN、PQ相距l,在M点和P点间连接一个阻值为R的电阻,在两导轨间cdfe矩形区域内有垂直导轨平面竖直向上、宽为d的匀强磁场,磁感应强度为B.一质量为m、电阻为r、长度也刚好为l的导体棒ab垂直搁在导轨上,与磁场左边界相距d
.现用一个水平向右的力F拉棒ab,使它由静止开始运动,棒ab离开磁场前已做匀速直线运动,棒ab与导轨始终保持良好接触,导轨电阻不计,F随ab与初始位置的距离x变化的情况如图,F
已知.求:
(1)棒ab离开磁场右边界时的速度;
(2)棒ab通过磁场区域的过程中整个回路所消耗的电能;
(3)d
满足什么条件时,棒ab进入磁场后一直做匀速运动.
考点分析:
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如图所示,K与虚线MN之间是加速电场,虚线MN与PQ之间是匀强电场,虚线PQ与荧光屏之间是匀强磁场,且MN均与荧光屏三者互相平行,电场和磁场的方向如图所示,图中A点与O点的连线垂直于荧光屏.一带正电的粒子初速度为0,经加速电场加速后从A点离开,速度方向垂直于偏转电场方向射入偏转电场,在离开偏转电场后进入匀强磁场,最后恰好垂直地打在荧光屏上.已知电场和磁场区域在坚直方向足够长,加速电场电压与偏转电场的场强关系为U=
,式中的d是偏转电场的宽度,磁场的磁感应强度B与偏转电场的电场强度E和带电粒子离开加速电场的速度vo关系符合表达式
若题中只有偏转电场的宽度d为已知量,不计粒子重力,则:
(1)画出带电粒子轨迹示意图;
(2)磁场的宽度L为多少?
(3)带电粒子在电场和磁场中垂直于v
o方向的偏转距离分别是多少?
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v(m/s) | | 1.00 | 1.41 | 1.73 | 2.00 | 2.45 | 3.00 | 3.16 |
h(m) | | 0.05 | 0.10 | 0.15 | 0.20 | 0.30 | 0.45 | 0.50 |
(1)根据根据上表的数据和图丙中图象的形状,可猜想v和h之间的关系为______;为验证猜,请在图丁中确定纵轴所表示的物理量,并另作 图象,若该图象的形状为______,说明猜想正确.
(2)现利用上述测速器,由河流南岸开始,每隔1米测一次流速,得到数据如下表所示:
测试点距岸距离 x/m | | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
管内外高度差 h/cm | | 0.8 | 3.2 | 7.2 | 12.8 | 20.0 | 28.8 |
相应的水流速度 v/ms-1 | ______ | ______ | ______ | ______ | ______ | ______ | ______ |
根据v和h之间的关系完成上表的最后一行,对比上表中的数据,可以看出河中水流速度 v 与从南岸到河流中央距离x的关系为:______.
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