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如图11-7所示装置,导体棒AB,CD在相等的外力作用下,沿着光滑的轨道各朝相反方向以0.lm/s的速度匀速运动。匀强磁场垂直纸面向里,磁感强度B=4T,导体棒有效长度都是L=0.5m,电阻R=0.5Ω,导轨上接有一只R′=1Ω的电阻和平行板电容器,它的两板间距相距1cm,试求:

(l)电容器及板间的电场强度的大小和方向;

电场强度方向b→a。


解析:

【常见错解】

错解一:

导体棒CD在外力作用下,会做切割磁感线运动,产生感应电动势。对导体棒AB在力F的作用下将向右做切割磁感线运动,根据右手定则可以判断出感应电动势方向向上,同理可分析出导体棒CD产生的感生

,Uab=0,所以电容器两极板ab上无电压,极板间电场强度为零。

错解二:

求出电容器的电压是求电容器板间的电场强度大小的关键。由图11-7看出电容器的b板,接在CD的C端导体CD在切割磁感线产生感应电动势,C端相当于电源的正极,电容器的a接在AB的A端。导体棒AB在切割磁感线产生感应电动势,A端相当于电源的负极。导体棒AB,CD产生的电动势大小又相同,故有电容器的电压等于一根导体棒产生的感应电动势大小。

UC=Blv=4×0.5×0.l=0.2(V)

根据匀强电场场强与电势差的关系

由于b端为正极,a端为负极,所以电场强度的方向为b→a。

【错解原因】

错解一:根据右手定则,导体棒AB产生的感应电动势方向向下,导体棒CD产生的感应电动势方向向上。这个分析是对的,但是它们对整个导体回路来说作用是相同的,都使回路产生顺时针的电流,其作用是两个电动势和内阻都相同的电池串联,所以电路中总电动势不能相减,而是应该相加,等效电路图如图11-8所示。

错解二:虽然电容器a板与导体AB的A端是等势点,电容器b板与导体CD的C端是等电势点。但是a板与b板的电势差不等于一根导体棒切割磁感线产生的电动势。a板与b板的电势差应为R′两端的电压。

【分析解答】

导体AB、CD在外力的作用下做切割磁感线运动,使回路中产生感应电流。

电容器两端电压等于R′两端电压UC=UR′=IR′0.2×1=0.2(V)

回路电流流向D→C→R′→A→B→D。所以,电容器b极电势高于a极电势,故电场强度方向b→a。

【评析】

从得数上看,两种计算的结果相同,但是错解二的思路是错误的,错在电路分析上。避免错误的方法是在解题之前,画 出该物理过程的等效电路图,然后用电磁感应求感应电动势,用恒定电流知识求电流、电压和电场知识求场强,最终解决问题。

练习册系列答案
相关习题

科目:高中物理 来源: 题型:阅读理解

(2012?卢湾区一模)某班级同学用如图(a)所示的装置验证加速度a和力F、质量m的关系.甲、乙两辆小车放在倾斜轨道上,小车甲上固定一个力传感器,小车乙上固定一个加速度传感器(可以测量乙在任意时刻的加速度大小),力传感器和小车乙之间用一根不可伸长的细线连接,在弹簧拉力的作用下两辆小车一起开始运动,利用两个传感器可以采集记录同一时刻小车乙受到的拉力和加速度的大小.
(1)下列关于实验装置和操作的说法中正确的是
BD
BD
(多选)
(A)轨道倾斜是为了平衡小车甲受到的摩擦力
(B)轨道倾斜是为了平衡小车乙受到的摩擦力
(C)实验中,在小车乙向下运动的过程中均可采集数据
(D)实验中,只能在小车乙加速运动的过程中采集数据
(2)四个实验小组选用的小车乙(含力传感器)的质量分别为m1=0.5kg、m2=1.0kg、m3=1.5kg和m4=2.0kg,其中有三个小组已经完成了a-F图象,如图(b)所示.最后一个小组的实验数据如下表所示,请在图(b)中完成该组的a-F图线;
实验次数 1 2 3 4 5 6
拉力F(N) 24.5 20.0 17.5 12.0 8.1 4.8
加速度a(m/s2 16.3 13.3 11.7 8.0 5.4 3.2
(3)在验证了a和F的关系后,为了进一步验证a和m的关系,可直接利用图(b)的四条图线收集数据,然后作图.请写出具体的做法:
①如何收集数据?
在a-F图象上做一条垂直于横轴的直线,与四条图线分别有个交点,记录下四个交点的纵坐标a,分别与各图线对应的m组成四组数据.
在a-F图象上做一条垂直于横轴的直线,与四条图线分别有个交点,记录下四个交点的纵坐标a,分别与各图线对应的m组成四组数据.

②为了更直观地验证a和m的关系,建立的坐标系应以
加速度a
加速度a
为纵轴:以
质量的倒数
1
m
质量的倒数
1
m
为横轴.

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科目:高中物理 来源: 题型:

如图11-7所示装置,导体棒AB,CD在相等的外力作用下,沿着光滑的轨道各朝相反方向以0.lm/s的速度匀速运动。匀强磁场垂直纸面向里,磁感强度B=4T,导体棒有效长度都是L=0.5m,电阻R=0.5Ω,导轨上接有一只R′=1Ω的电阻和平行板电容器,它的两板间距相距1cm,试求:(l)电容器及板间的电场强度的大小和方向;

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科目:高中物理 来源:2013-2014学年湖南省“五市十校”高三第一次联合检测(12月)物理试卷(解析版) 题型:实验题

某班级同学用如图(a)所示的装置验证加速度a和力F、质量m的关系。

甲、乙两辆小车放在倾斜轨道上,小车甲上固定一个力传感器,小车乙上固定一个加速度传感器(可以测量乙在任意时刻的加速度大小),力传感器和小车乙之间用一根不可伸长的细线连接,在弹簧拉力的作用下两辆小车一起开始运动,利用两个传感器可以采集记录同一时刻小车乙受到的拉力和加速度的大小。

(1)下列关于实验装置和操作的说法中正确的是(      )(多选)

(A)轨道倾斜是为了平衡小车甲受到的摩擦力

(B)轨道倾斜是为了平衡小车乙受到的摩擦力

(C)实验中,在小车乙向下运动的过程中均可采集数据

(D)实验中,只能在小车乙加速运动的过程中采集数据

(2)四个实验小组选用的小车乙(含力传感器)的质量分别为m1=0.5kg、m2=1.0kg、m3=1.5kg和m4=2.0kg,其中有三个小组已经完成了a-F图像,如图(b)所示。最后一个小组的实验数据如下表所示,请在图(b)中完成该组的a-F图线;

实验次数

1

2

3

4

5

6

拉力F(N)

24.5

20.0

17.5

12.0

8.1

4.8

加速度a(m/s2

16.3

13.3

11.7

8.0

5.4

3.2

(3)在验证了a和F的关系后,为了进一步验证a和m的关系,可直接利用图(b)的四条图线收集数据,然后作图。请写出具体的做法:

①如何收集数据?______________________________________________________________;

②为了更直观地验证a和m的关系,建立的坐标系应以___________为纵轴:以___________为横轴。

 

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科目:高中物理 来源: 题型:阅读理解

某同学用如图(a)所示的装置探究加速度a与力F、质量m的关系。甲、乙两小车放在倾斜轨道上,小车甲上固定一个力传感器,小车乙上固定一个加速度传感器(可以测量乙在任意时刻的加速度大小),力传感器和小车乙之间用一根不可伸长的细线连接,且细线与轨道平行。在弹簧拉力作用下两小车一起开始运动,利用两个传感器可以采集记录同一时刻小车乙受到的拉力和加速度的大小。

(1)下列关于实验装置和操作的说法中正确的是

A.轨道倾斜是为了平衡小车甲受到的摩擦力

B.轨道倾斜是为了平衡小车乙受到的摩擦力

C.实验中,在小车乙向下运动的过程中均可采集数据

D.实验中,只能在小车乙加速运动的过程中采集数据

(2)四个实验小组选用的小车乙(含加速度传感器)的质量分别为m1=0.5kg、m2=1.0kg、m3=1.5kg和m4=2.0kg,其中有三个小组已经完成了a-F图象,如图(b)所示。最后一组的实验数据如下表所示,请在图(b)中完成该组的a-F图线。

实验次数

1

2

3

4

5

6

拉力F(N)

24.5

20.0

17.5

12.0

8.1

4.8

加速度a(m/s2)

16.3

13.3

11.7

8.0

5.4

3.2

(3)在探究了a与F的关系后,为了进一步探究a与m的关系,可直接利用图(b)的四条图线收集数据,然后作图。请写出具体的做法:

①如何收集数据?_________________________________________________________;

②为了更直观地探究a与m的关系,建立的坐标系应以      为纵轴;以_______为横轴。

 


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