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高中物理
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综合题
1.
(2021高二上·温州期末)
如图所示,宽度为
的光滑平行金属导轨Ⅰ,左端连接阻值为
的电阻,右端连接半径为
的四分之三光滑圆弧导轨,圆弧最高端
与足够长且宽度为
的水平粗糙平行金属导轨Ⅱ右端
对齐、上下错开。圆弧所在区域有磁感应强度为
、方向竖直向上的匀强磁场,导轨Ⅱ所在区域有磁感应强度为
、方向竖直向上的匀强磁场。导轨Ⅱ左端之间连接电动势为
、内阻为
的直流电源。一根质量为
、电阻为
金属杆从导轨Ⅰ上
处静止释放,沿着圆弧运动到最低处
时,对轨道的压力为
。金属杆经过最低处时施加外力使金属杆沿圆弧轨道做匀速圆周运动,到
时立即撤去外力,金属杆进入导轨Ⅱ穿过
、
叠加磁场区域后,在
磁场区域做加速运动,运动一段时间后达到稳定速度,运动过程中导轨Ⅱ对金属杆的摩擦力为
。金属杆与导轨始终接触良好,导轨的电阻不计,求:
(1) 金属杆滑至
处时的速度大小
;
(2) 金属杆从
处滑至
处的过程中,通过电阻
的电荷量
;
(3) 金属杆从
处运动到
处的过程中,外力对金属杆所做的功
;
(4) 若导轨Ⅱ所在区域的匀强磁场的磁感应强度
大小可调节,求稳定速度的最大值
。
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