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高中物理
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综合题
1.
(2023·义乌模拟)
如图甲所示,有一固定在水平面上半径为
的光滑金属圆环,环内半径为
的圆形区域存在两个方向相反的匀强磁场,右侧磁场磁感应强度为
B
1
, 方向竖直向上,左侧磁场磁感应强度为
B
2
, 方向竖直向下。两个磁场各分布在半圆区域内。金属棒
a
电阻为
R
, 一端与圆环接触良好,另一端固定在竖直导电转轴上,随转轴
以角速度
ω
顺时针匀速转动。在圆环和电刷间接有阻值为
R
的电阻,通过绝缘件
GH
与倾角为
θ
且宽度为
d
的光滑平行轨道相连接。自感线圈(自感系数为
L
, 直流电阻不计)和电容器(电容为
C
)固定于倾斜轨道上,开关S
1
、S
2
一开始都处于断开状态,轨道上锁定着电阻不计、质量为
m
的金属棒
b
, 自感线圈和电容器与金属棒
b
的间距足够长,轨道处于磁场磁感应强度为
B
3
匀的匀强磁场中,磁场方向与轨道面垂直,不计其它电阻,重力加速度为
g
。
(1) 当导体棒
a
运动到
B
1
磁场中时,求流过电阻
R
的电流大小和方向;
(2) 金属棒
a
从如图乙所示位置开始计时,顺时针转动一周,在图丙中画出在这一过程中的
U
—
t
图像,
U
为
EF
两点的电势差。
(3) 若将电键S
1
闭合,同时金属棒
b
解除锁定,若电容器的击穿电压为
U
, 为保证电容不被击穿,求金属棒
b
沿轨道能运动的最远距离
x
1
;
(4) 若将电键
闭合,同时金属棒
b
解除锁定,求金属棒
b
沿轨道能运动的最远距离
。
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