解题思路:(1)带电粒子重力不可忽略,S断开时,粒子在重力与电场力作用下处于静止状态;S闭合时,粒子在重力和电场力作用下产生加速度,可求平行板间电压,根据闭合电路欧姆定律和串并联电路特点可求金属棒速度;(2)s闭合后,作用于棒的外界拉力的功率可以使用公式P=Fv求得.
(1)S断开时,粒子在重力与电场力作用下处于静止状态,得:mg=qE=
qU1
d
代入数据解得:U1=1.0V
设产生的电动势是E,导体棒的电阻是r,则由闭合电路的欧姆定律:
U1=
(R1+R2)
R1+R2+r•E ①
S闭合时,粒子在重力和电场力作用下产生加速度,由牛顿第二定律得,mg−
qU2
d=ma
代人数据解得,U2=0.4V
开关闭合后,R1和R3并联总电阻R并=4Ω
闭合电路总电阻R=R2+R并=8Ω
U2=
R2
R2+R+r•E ②
联立①②,代人数据解得:E=2.0V,r=12Ω
金属棒运动产生感应电动势:
E=BLv
所以:v=[E/BL=
2
0.4×1]=5.0m/s
(2)开关闭合后电路中的总电流:I=
E
R+R2+r=
2
4+4+12A=0.1A
作用与导体棒上的拉力:F=BIL=0.4×0.1×1=0.04N
作用于棒的外界拉力的功率为:P=Fv=0.04×5.0=0.2W
答:(1)金属棒运动的速度为5.0m/s;
(2)s闭合后,作用于棒的外界拉力的功率为0.2W.
点评:
本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;闭合电路的欧姆定律;电功、电功率.
考点点评: 本题考查知识点多,对学生运算能力、理解能力、细心程度等各方面要求较高,此外题目示意图的理解也有一定难度,要好好把握.