定值电阻、电容器、电感线圈是三种常见的电路元件,关于这几个元件有如下结论:
①一个定值电阻R满足
关系;
②一个电容器的电容为C,两极板间电压为U时,储存的能量为
;
③一个电感线圈的自感系数为L,自感电动势
,式中
为电流变化率;通过的电流为I时,储存的能量为
。
如图所示,足够长的光滑金属框架竖直放置,顶端留有接口a、b,两竖直导轨间距为d。一质量为m、长度为d的金属棒始终与竖直导轨接触良好,磁感应强度为B的匀强磁场与框架平面垂直,重力加速度为g。不计空气阻力,不计框架和金属棒的电阻及电磁辐射的能量损失。
(1)若在a、b间接入一个阻值为R的定值电阻,现从静止释放金属棒,求金属棒的最终速度大小v1;
(2)若在a、b间接入一个电容为C的电容器,现从静止释放金属棒,求当电容器两极板间电压为
时,金属棒下落的高度h;
(3)若在a、b间接入一个电阻不计、自感系数为L的电感线圈,现从静止释放金属棒,求金属棒下落过程中的最大速度v2。
①一个定值电阻R满足
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/9c83f61a0d94fac4f83902a3ca0fc862.png)
②一个电容器的电容为C,两极板间电压为U时,储存的能量为
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/d786518f9b754d229ec833d0cc7f334b.png)
③一个电感线圈的自感系数为L,自感电动势
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如图所示,足够长的光滑金属框架竖直放置,顶端留有接口a、b,两竖直导轨间距为d。一质量为m、长度为d的金属棒始终与竖直导轨接触良好,磁感应强度为B的匀强磁场与框架平面垂直,重力加速度为g。不计空气阻力,不计框架和金属棒的电阻及电磁辐射的能量损失。
(1)若在a、b间接入一个阻值为R的定值电阻,现从静止释放金属棒,求金属棒的最终速度大小v1;
(2)若在a、b间接入一个电容为C的电容器,现从静止释放金属棒,求当电容器两极板间电压为
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(3)若在a、b间接入一个电阻不计、自感系数为L的电感线圈,现从静止释放金属棒,求金属棒下落过程中的最大速度v2。
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更新时间:2024-06-09 19:18:39
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【推荐1】如图所示,光滑绝缘斜面高度
,斜面底端与光滑绝缘水平轨道用小圆弧连接,水平轨道边缘紧靠平行板中心轴线。正对的平行板和电阻及输出电压恒定为U的电源,构成如图所示电路,平行板板长为
,板间距离
,定值电阻阻值为
(未知),可以看作质点的带电小球电量
、质量
,从斜面顶端静止下滑,重力加速度
。
(1)若S断开,小球刚好沿平行板中心轴线做直线运动,求电源的电压U;
(2)在(1)的条件下,若S闭合,调节滑动变阻器,使其接入电路的电阻
,小球离开平行板右边缘时,速度偏转角
,求电阻
的阻值。
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/30602bcec09b755681941544ca427a50.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/62ccbf365071dc7bd271d659b690d534.png)
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(1)若S断开,小球刚好沿平行板中心轴线做直线运动,求电源的电压U;
(2)在(1)的条件下,若S闭合,调节滑动变阻器,使其接入电路的电阻
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【推荐2】如图所示,匀强磁场垂直纸面向里,磁感应强度为B,竖直金属支架相距为L,下端连接电容器,已知电容器电容为C。电源电动势为E,内阻为r。质量为m的导体棒PQ水平地搁置在竖直支架上。单刀双掷开关S先打到1,经过足够长的时间后,再把开关S打到2,导体棒PQ将立即跳起(此时导体棒所受磁场力远大于其重力),上升的最大高度为h,不计空气阻力,求:
(1)S打到2之前,电容器所带电荷量q0;
(2)导体棒PQ上升到最大高度所对应的初速度v0;
(3)导体棒PQ上升到最大高度h时,电容器所带电荷量q。
(1)S打到2之前,电容器所带电荷量q0;
(2)导体棒PQ上升到最大高度所对应的初速度v0;
(3)导体棒PQ上升到最大高度h时,电容器所带电荷量q。
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【推荐1】如图甲所示,平行导轨倾斜放置,导轨所在平面的倾角θ=
,导轨间距为L=1m,导轨下端连接有阻值为R=3Ω的定值电阻,垂直于导轨的虚线MN上方有垂直于导轨平面的匀强磁场,磁场的磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示(垂直轨道平面向上为正方向),一根导体棒长为1m,阻值r=lΩ,质量m=1kg,将导体棒放在导轨上,导体棒与导轨间的动摩擦因数为μ=0.5,在0~1.5s内将导体棒锁定,t=1.5s时刻解除锁定,并给导体棒施加一个垂直于导体棒、平行于导轨平面的外力,使导体棒沿导轨平面向下做匀加速运动,当导体棒刚要离开磁场时,撤去作用力,撤去作用力的一瞬间,导体棒的加速度为零,t=0时刻导体棒的位置离虚线MN的距离为x1=0.8m、虚线到导轨底端的距离为x2=1m,重力加速度g=10m/s2,sin
=0.6,cos
=0.8,求
(1)0~1.5s内通过定值电阻R的电量及电阻R上产生的焦耳热;
(2)写出拉力随时间变化的函数表达式;
(3)导体棒运动到轨道最底端所用的时间。
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(1)0~1.5s内通过定值电阻R的电量及电阻R上产生的焦耳热;
(2)写出拉力随时间变化的函数表达式;
(3)导体棒运动到轨道最底端所用的时间。
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【推荐2】如图,长度均为L的光滑导轨OM、ON固定在竖直平面内,电阻不计,两导轨与竖直方向夹角均为30°。空间存在垂直导轨平面的匀强磁场,磁感应强度为B。一质量为m、长为L的导体棒受到竖直向上的拉力F作用,向下运动,棒始终与y轴垂直对称,且与导轨接触良好,在导轨上运动时棒上的电流强度恒定为I。导体棒单位长度电阻值为r,重力加速度为g。
(1)分析并说明该导体棒在轨道上做何种运动;
(2)求棒在导轨上运动时拉力F的功率与y的关系;
(3)说明棒在导轨上运动过程中涉及的做功与能量变化的情况。
(1)分析并说明该导体棒在轨道上做何种运动;
(2)求棒在导轨上运动时拉力F的功率与y的关系;
(3)说明棒在导轨上运动过程中涉及的做功与能量变化的情况。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2020/5/28/2472276136665088/2472665469034496/STEM/135429c2-bd45-4c32-bde3-e596d01e7e57.png?resizew=146)
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解题方法
【推荐3】如图所示,间距为L、倾角为30°的光金属轨道固定放置,轨道平面内有三个紧挨在一起的边长为L的正方形区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,Ⅰ内分布着垂直轨道平面向下的匀强磁场,Ⅲ内分布着垂直轨道平面向上的匀强磁场,Ⅱ区内无磁场。ab、cd两金属棒用长为L、不可伸长的绝缘细线相连,起初ab棒刚好在区域的外面,cd棒刚好在里面。现给ab棒一初速度2v0使两棒一起减速下行,经时间t0后,cd棒刚好离开区域Ⅰ的速度为v0,此时,细线突然断开,同时在ab棒上施加一沿轨道平面向下的外力F,使ab向下做加速度大小为0.5g的匀加速运动,当cd棒进入区域恰好匀速下行。已知ab、cd两棒的质量分别为2m、m,ab棒在轨道间的电阻是cd棒在轨道间电阻的两倍。两棒与轨道垂直且接触良好,两棒粗细不计,轨道足够长且电阻不计,重力加速度为g,空气阻力忽略。
(1)判断cd棒分别经过区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ过程中的电流方向
(2)求区域Ⅰ、Ⅲ中两匀强磁场的磁感应强度的平方比即B12∶B22;
(3)已知从ab棒进入区域Ⅲ到cd棒离开区域Ⅲ的过程中a棒内产生的焦耳热为2Q,求外力F对ab棒做的功。
(1)判断cd棒分别经过区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ过程中的电流方向
(2)求区域Ⅰ、Ⅲ中两匀强磁场的磁感应强度的平方比即B12∶B22;
(3)已知从ab棒进入区域Ⅲ到cd棒离开区域Ⅲ的过程中a棒内产生的焦耳热为2Q,求外力F对ab棒做的功。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2020/12/7/2608896916873216/2608948634918912/STEM/a6f402ad-6259-4c0c-96a8-feadbfd020bf.png?resizew=481)
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