题目内容

【题目】如图所示,有五根完全相同的金属杆,其中四根固连在一起构成正方形闭合框架,固定在绝缘水平桌面上,另一根金属杆ab搁在其上且始终接触良好.匀强磁场垂直穿过桌面,不计ab杆与框架的摩擦,当ab杆在外力F作用下匀速沿框架从最左端向最右端运动过程中( )

A.外力F是恒力
B.桌面对框架的水平作用力保持不变
C.ab杆的发热功率先变小后变大
D.正方形框架产生的总热量大于ab杆产生的总热量

【答案】C
【解析】解:

A、ab向右匀速运动,产生的感应电动势为E=BLv,是定值,ab可以看做电源,框架构成外电路,当ab运动到框架的中间位置时,外电路电阻最大,等于ab的电阻,因此在ab运动过程中,外电路总电阻R先增大后减小,由I= 可知,电路电流先减小后增大,ab受到的安培力为FB=BIL,可知安培力先减小后变大,ab匀速运动,由平衡条件得:F=FB,所以外力F先减小后增大,故A错误;

B、由A可知,电路电流先减小后增大,框架受到的安培力FB=BIL,先减小后增大,由平衡条件可知,桌面对框架的水平作用力与所受的安培力大小相等,所以桌面对框架的水平作用力先变小后变大,故B错误;

C、通过ab的电流I先减小后增大,则ab杆的发热功率P=I2Rab,先减小后变大,故C正确;

D、当ab在框架的中央时,内外电阻相等,除此之外,外电阻总是小于内电阻的,由U=IR可知,外电压小于等于内电压,由Q=W=UIt可知外电路产生的总热量小于ab杆产生的总热量,故D错误;

故选:C.

【考点精析】解答此题的关键在于理解电磁感应与力学的相关知识,掌握用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向;求回路中电流强度;分析研究导体受力情况(包含安培力,用左手定则确定其方向);列动力学方程或平衡方程求解.

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