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小明是一个科技发明爱好者,疫情期间对连锁反应小开关很感兴趣,于是自己设计了一个,可以用于延时控制家里用电器的开关。如图所示,与水平方向成夹角θ=370,轨道间距为L=0.5m的两平行金属导轨BC、B′C′左端连接电容为C=2F的电容器,右端用绝缘光滑圆弧连接水平金属导轨CD、C′D′,并在轨道上放置静止的金属导体棒b。在水平轨道末端DD′两点安装绝缘的无摩擦固定转轴开关,若导体棒b经过DD′两点(无能量损失),转轴开关会顺时针转动900以挡住后面的金属棒,金属导体棒b则水平抛出,进入半圆形导轨EFG-E′F′G′,若金属棒与轨道发生碰撞,金属棒不反弹,继续沿轨道运动,导轨半径为R=0.8m与水平面垂直,EE′两点略高于DD′两点,金属棒可无碰撞通过。半圆形导轨末端与水平面相切于GG′(导体棒通过无能量损失),水平面动摩擦因数为µ=0.4,末端放置接触式开关S。BC,B′C′长度为d=4m,a,b棒质量相同均为1kg,两磁场B1、B2大小均为2T,电阻之比为2:1,导轨摩擦均不计,导体棒b的电阻值为1Ω。现将导体棒a自BB′静止释放,求:

(1)导体棒a运动至CC′时的速度大小;(中学阶段按匀加速运动处理)
(2)水平金属导轨足够长,a,b棒可在水平轨道上达到共速且不会发生碰撞,在该过程中b棒上生热Qb
(3)接触式开关S放在何位置导体棒才能打开开关所控制的用电器。

【答案】(1)导体棒a运动至CC′时的速度大小为4m/s;
(2)水平金属导轨足够长,a,b棒可在水平轨道上达到共速且不会发生碰撞,在该过程中b棒上生热为
4
3
J;
(3)接触式开关S放在距离半圆型轨道末端(下端)x′≤4m位置,导体棒b才能打开开关所控制的用电器。
【解答】
【点评】
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发布:2024/6/27 10:35:59组卷:31引用:1难度:0.3
相似题
  • 1.如图所示,固定在水平面上间距为l的两条平行光滑金属导轨,垂直于导轨放置的两根金属棒MN和PQ长度也为l、电阻均为R,两棒与导轨始终接触良好。MN两端通过开关S与电阻为R的单匝金属线圈相连,线圈内存在竖直向下均匀增加的磁场,磁通量变化率为常量k。图中虚线右侧有垂直于导轨平面向下的匀强磁场,磁感应强度大小为B.PQ的质量为m,金属导轨足够长、电阻忽略不计。
    (1)闭合S,若使PQ保持静止,需在其上加多大的水平恒力F,并指出其方向;
    (2)断开S,PQ在上述恒力作用下,由静止开始到速度大小为v的加速过程中流过PQ的电荷量为q,求该过程安培力做的功W。

    发布:2024/12/29 20:30:1组卷:3336引用:17难度:0.5
  • 2.2022年6月,我国首艘完全自主设计建造的航母“福建舰”下水亮相,除了引人注目的电磁弹射系统外,电磁阻拦索也是航母的“核心战斗力”之一,其原理是利用电磁感应产生的阻力快速安全地降低舰载机着舰的速度。如图所示为电磁阻拦系统的简化原理:舰载机着舰时关闭动力系统,通过绝缘阻拦索拉住轨道上的一根金属棒ab,金属棒ab瞬间与舰载机共速并与之一起在磁场中减速滑行至停下。已知舰载机质量为M,金属棒质量为m,接入导轨间电阻为r,两者以共同速度为v0进入磁场。轨道端点MP间电阻为R,不计其它电阻。平行导轨MN与PQ间距L,轨道间有竖直方向的匀强磁场,磁感应强度为B。除安培力外舰载机系统所受其它阻力均不计。求:
    (1)舰载机和金属棒一起运动的最大加速度a;
    (2)舰载机减速过程中金属棒ab中产生的焦耳热Qab
    (3)舰载机减速过程通过的位移x的大小。

    发布:2024/12/29 23:0:1组卷:253引用:4难度:0.4
  • 3.如图所示,足够长的U形光滑金属导轨平面与水平面呈θ角,其中MN与PQ平行且间距为L,导轨平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直,导轨电阻不计.金属棒ab由静止开始沿导轨下滑,并与两导轨始终保持垂直且接触良好,ab棒在MN与PQ之间部分的电阻为R,当ab棒沿导轨下滑的距离为x时,棒的速度大小为v.则在这一过程中(  )

    发布:2024/12/29 20:30:1组卷:83引用:3难度:0.7
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