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如图所示,在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中,两根足够长的平行光滑金属轨道c...

如图所示,在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中,两根足够长的平行光滑金属轨道cdef固定在水平面内,相距为L,轨道左端ce间连接一阻值为R的电阻.将一质量为m的导体棒ab垂直于cdef放在轨道上,与轨道接触良好.轨道和导体棒的电阻均不计.

(1)导体棒ab沿轨道以速度v向右做匀速运动.时,磁感应强度为,此时ab到达的位置恰好使cabe构成一个边长为L的正方形.为使闭合电路中不产生感应电流,求从开始,磁感应强度B随时间t变化的关系式.

(2)如果匀强磁场的磁感应强度B保持不变,为使导体棒ab沿轨道以速度v向右做匀速运动,需对导体棒ab施加一个水平向右的外力F

①求外力F的大小;

②通过公式推导验证:在时间内,外力F对导体棒ab所做的功W等于电路获得的电能,也等于电阻R中产生的焦耳热Q

 

(1) (2) ① ②证明过程见解析。 【解析】 (1)要使闭合电路中不产生感应电流,穿过闭合电路的磁通量应保持不变. 时,穿过闭合电路的磁通量 设t时刻匀强磁场的磁感应强度为B,此时的磁通量为: 则   得  (2)①导体棒ab中的感应电流为:    导体棒ab所受的安培力为: 导体棒ab匀速运动,水平外力为: ②导体棒ab匀速运动,有: 在时间内,外力F对ab所做的功为: 电动势为:   电路获得的电能为:   电阻R中产生的焦耳热为: 可见,外力F对导体棒ab所做的功W等于电路获得的电能,也等于电阻R中产生的焦耳热Q.  
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考点分析:
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钍核发生衰变生成镭核并放出一个粒子.设该粒子的质量为m、电荷量为q,它进入电势差为U的带窄缝的平行平板电极间电场时,其速率为,经电场加速后,沿Ox方向进入磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的有界匀强磁场,Ox垂直平板电极,如图所示,整个装置处于真空中.

(1)写出钍核衰变方程;

(2)求粒子离开电场时的速度大小;

(3)求粒子在磁场中沿圆弧运动的轨道半径R

(4)求粒子在磁场中运动的周期T

 

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如图所示,在倾角为的光滑金属导轨上,放置一根质量为m,长为L,通有电流I的导体棒欲使导体棒静止在斜面轨道上,所加竖直向上的匀强磁场的磁感应强度B应为多大?

 

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如图所示,矩形线圈面积为S,匝数为N,电阻为r,线圈接在阻值为R的电阻两端,其余电阻不计,线圈绕OO轴以角速度在磁感应强度为B的匀强磁场中匀速转动,电阻R两端电压的有效值为______,在线圈从图示位置线圈平面与磁场平行转过的过程中,通过电阻R的电荷量为______

 

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图中虚线框内存在一沿水平方向、且与纸面垂直的匀强磁场.现通过测量通电导线在磁场中所受的安培力,来测量磁场的磁感应强度大小、并判定其方向.所用部分器材已在图中给出,其中D为位于纸面内的U形金属框,其底边水平,两侧边竖直且等长;E为直流电源;R为电阻箱;A为电流表;S为开关.此外还有细沙、天平、米尺和若干轻质导线.

完成下列主要实验步骤中的填空:

(1)① 按图接线.

保持开关S断开,在托盘内加入适量细沙,使D处于平衡状态;然后用天平称出细沙质量m1

闭合开关S,调节R的值使电流大小适当,在托盘内重新加入适量细沙,使D________;然后读出________,并用天平称出此时细沙的质量m2

用米尺测量D的底边长度L

(2)用测量的物理量和重力加速度g表示磁感应强度的大小,可以得出B________

(3)判定磁感应强度方向的方法是:若________,磁感应强度方向垂直纸面向外;反之,磁感应强度方向垂直纸面向里.

 

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图甲、乙和丙所示均为教材中的演示实验实物图.在电路连接正确的情况下,回答下列问题.

1)图甲中,将条形磁铁插入线圈和拔出线圈时,灵敏电流计指针偏转方向______(填相同相反).

2)图乙中,导体棒AB以大小不同的速度沿相同方向切割磁感线时,灵敏电流计指针偏转大小______(填相同不同).

3)图丙中,下列操作能使灵敏电流计指针偏转的是______.(填选项前的字母)

A.闭合开关的瞬间

B.保持开关闭合,快速移动滑动变阻器的滑片

C.保持开关断开,快速移动滑动变阻器的滑片

 

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