解题思路:(1)由电路图可知,R1与R2并联后与滑动变阻器串联,由串并联电路的性质可得出总电阻,由闭合电路欧姆定律可得电路中的电流及R2两端的电压,由功率公式P=
U
2
R
可求得R2消耗的电功率;
(2)粒子做匀速圆周运动,则重力与电场力平衡;由牛顿第二定律可知洛仑兹力充当向心力;由几何关系可求得粒子运动的半径,联立可解得电容器两端的电压;由闭合电路欧姆定律可求得滑动变阻器的阻值.
(1)闭合电路的外电阻为R=Rx+
R1R2
R1+R2=(29+
30×60
30+60)Ω=49Ω ①
根据闭合电路的欧姆定律I=
E
R+r0=
15
49+1A=0.3A ②
R2两端的电压为U=E-I(r+Rx)=(15-0.3×30)V=6V ③
R2消耗的功率为P2=
U22
R2=
62
60W=0.6W ④
电阻R2消耗的电功率为0.6W;
(2)小球进入电磁场做匀速圆周运动,则重力和电场力等大反向,洛仑兹力提供向心力,根据牛顿第二定律,得
Bqv=m
v2
R ⑤
U′2
dq=mg ⑥
联立⑤⑥化简得U′2=
BRdg
v⑦
小球做匀速圆周运动的初末速的夹角等于圆心角为60°,根据几何关系得
R=d ⑧
联立⑦⑧并代入数据U′2=
Bd2g
v=
1×0.04×10
0.1V=4V
干路电流为I′=
U′2
R1+
U′2
R2=(
4
30+
4
60)A=0.2A ⑨
则滑动变阻器的电阻RX=
E0−U′2
I′−r=(
15−4
0.2−1)Ω=54Ω;
要使小球进入板间做匀速度圆周运动并与板相碰,碰时速度与初速度的夹角为60°,Rx应为54Ω.
点评:
本题考点: 带电粒子在混合场中的运动;牛顿第二定律;闭合电路的欧姆定律;电功、电功率.
考点点评: 本题为带电粒子在复合场中的运动与闭合电路欧姆定律的综合性题目,解题的关键在于明确带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时,所受到的电场力一定与重力大小时相等方向相反,同时要注意几何关系的应用.