人教版高考物理一轮复习 第12章 动量守恒定律 小专题7 动量与电磁学综合应用.ppt

3.如图所示,在方向竖直向上的磁感应强度为B的匀强磁场中有两条光滑固定的平行金属导轨MN,PQ,两导轨足够长,间距为L,其电阻不计,导轨平面与磁场垂直。ab,cd为两根垂直于导轨水平放置的金属棒,其接入回路中的电阻都为R,质量都为m。与金属导轨平行的水平细线一端固定,另一端与cd棒的中点连接,细线能承受的最大拉力为T,一开始细线处于伸直状态,ab棒在平行导轨的水平拉力F的作用下以加速度a向右做匀加速直线运动,两根金属棒运动时始终与导轨接触良好且与导轨相垂直。(1)求经过多长时间细线被拉断。(2)若在细线被拉断瞬间撤去拉力F,求两根金属棒之间距离增量Δx的最大值是多少。4.电磁轨道炮利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度,其原理可用来研制新武器和航天运载器。电磁轨道炮示意如图,图中直流电源电动势为E,电容器的电容为C。两根固定于水平面内的光滑平行金属导轨间距为l,电阻不计。炮弹可视为一质量为m、电阻为R的金属棒MN,垂直放在两导轨间处于静止状态,并与导轨良好接触。首先开关S接1,使电容器完全充电。然后将S接至2,导轨间存在垂直于导轨平面、磁感应强度大小为B的匀强磁场(图中未画出),MN开始向右加速运动。当MN上的感应电动势与电容器两极板间的电压相等时,回路中电流为零,MN达到最大速度,之后离开导轨。问:(1)磁场的方向;解析:(1)将S接1时,电容器充电,上极板带正电,下极板带负电;当将S接2时,电容器放电,流经MN的电流由M到N,又知MN向右运动,由左手定则可知磁场方向垂直于导轨平面向下。答案:见解析(2)MN刚开始运动时加速度a的大小;答案:见解析(3)MN离开导轨后电容器上剩余的电荷量Q是多少。答案:见解析5.如图所示,PQ和MN是固定于倾角为30°斜面内的平行光滑金属轨道,轨道足够长,其电阻可忽略不计。金属棒ab,cd在轨道上,始终与轨道垂直,且接触良好。金属棒ab的质量为2m,cd的质量为m,长度均为L、电阻均为R;两金属棒的长度恰好等于轨道的间距,并与轨道形成闭合回路。整个装置处在垂直斜面向上、磁感应强度为B的匀强磁场中,若锁定金属棒ab不动,使金属棒cd在与其垂直且沿斜面向上的恒力F=2mg作用下,沿轨道向上做匀速运动。重力加速度为g;(1)试推导论证:金属棒cd克服安培力做功的功率P安等于电路获得的电功率P电;答案:见解析(2)设金属棒cd在匀速运动中的某时刻t0=0,恒力大小变为F′=1.5mg,方向不变,同时解锁并由静止释放金属棒ab,直到t时刻金属棒ab开始做匀速运动;求:①t时刻以后金属棒ab的热功率Pab;②0～t时间内通过金属棒ab的电荷量q。(1)磁感应强度B的大小;(2)保持其他条件不变,改变磁感应强度大小,让磁场在0.5B到2B之间变化,粒子可打到屏的范围;(3)保持其他条件不变,磁场区再加一个大小为E,方向竖直向上的匀强电场(图中未画出),粒子恰好打在屏上M点,M点与b点等高,且已知粒子从O点运动到M点时间为t。求粒子打在M点时速度方向与水平方向的夹角。变式2:在粒子物理学的研究中,经常用电场和磁场来控制或者改变粒子的运动。一粒子源产生离子束,已知产生的离子质量为m,电荷量为+e。不计离子重力以及离子间的相互作用力。(1)如图1所示为一速度选择器,两平行金属板水平放置,电场强度E与磁感应强度B相互垂直。让粒子源射出的离子沿平行于极板方向进入速度选择器。求能沿图中虚线路径通过速度选择器的离子的速度大小v。(2)如图2所示为竖直放置的两平行金属板A,B,两板中间均开有小孔,两板之间的电压UAB随时间的变化规律如图3所示。假设从速度选择器出来的离子动能为Ek=100eV,让这些离子沿垂直极板方向进入两板之间。两极板距离很近,离子通过两板间的时间可以忽略不计。设每秒从速度选择器射出的离子数为N0=5×1015个,已知e=1.6×10-19C。从B板小孔飞出的离子束可等效为一电流,求从t=0到t=0.4s时间内,从B板小孔飞出的离子产生的平均电流I。答案:(2)6×10-4A(3)接(1),若在图1中速度选择器的上极板中间开一小孔,如图4所示。将粒子源产生的离子束中速度为0的离子,从上极板小孔处释放,离子恰好能到达下极板。求离子到达下极板时的速度大小v,以及两极板间的距离d。[典例3]如图1所示,水平固定的光滑U形金属框架宽为L,足够长,其上放一质量为m的金属棒ab,左端连接有一阻值为R的电阻(金属框架、金属棒及导线的电阻均可忽略不计),整个装置处在向下的匀强磁场中,磁感应强度大小为B。现给棒一个初速度v0,使棒始终垂直框架并沿框架运动。(1)金属棒从开始运动到达到稳定状态的过程中,求通过电阻R的电量和电阻R中产生的热量。(2)金属棒从