如图甲所示为某种“电磁枪”的原理图。在竖直向下的匀强磁场中…——2024 高考物理第 20 题答案解析

2024_北京卷

2024 北京 第 20 题 解答题 区分题
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20. 如图甲所示为某种“电磁枪”的原理图。在竖直向下的匀强磁场中,两根相距L 的平行长直金属导轨水平放置,左端接电容为C的电容器,一导体棒放置在导轨上,与导轨垂直且接触良好,不计导轨电阻及导体棒与导轨间的摩擦。已知磁场的磁感应强度大小为B,导体棒的质量为m、接入电路的电阻为R。开关闭合前电容器的电荷量为 $\mathcal { Q }$ 。

(1)求闭合开关瞬间通过导体棒的电流 $I ;$

(2)求闭合开关瞬间导体棒的加速度大小 $a ;$

(3)在图乙中定性画出闭合开关后导体棒的速度v随时间t的变化图线。

参考答案

(1) $I = { \frac { Q } { C R } }$; (2) $a = { \frac { B Q L } { C R m } }$; (3)

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【答案】(1) $I = { \frac { Q } { C R } }$ ;② $a = { \frac { B Q L } { C R m } }$

(3)

【解析】

【详解】(1)开关闭合前电容器的电荷量为 $\mathcal { Q }$ ,则电容器两极板间电压

$$ U = \frac {Q}{C} $$

开关闭合瞬间,通过导体棒的电流

$$ I = \frac {U}{R} $$

解得闭合开关瞬间通过导体棒的电流为

$$ I = \frac {Q}{C R} $$

(2)开关闭合瞬间由牛顿第二定律有

$$ B I L = m a $$

将电流 I 代入解得

$$ a = \frac {B Q L}{C R m} $$

> ③由②中结论可知,随着电容器放电,所带电荷量不断减少,所以导体棒的加速度不断减小,其v-t图线如图所示

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