题目内容

16.如图所示,平行金属导轨与水平面间的倾角为θ,导轨电阻不计,与阻值为R的定值电阻相连,匀强磁场垂直穿过导轨平面,磁感应强度为B.有一质量为m、长为l的导体棒从ab位置获得沿斜面向上、大小为v的初速度向上运动,最远到达a′b′的位置,滑行的距离为s,导体棒的电阻也为R,与导轨之间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g,则在导体棒上滑的过程中(  )
A.导体棒受到的最大安培力为$\frac{{{B^2}{l^2}v}}{R}$
B.外力对导体棒做的总功为$\frac{1}{2}$mv2
C.导体棒损失的机械能为μmgscosθ
D.电阻R上产生的焦耳热为$\frac{1}{4}$mv2-$\frac{1}{2}$mgs(sinθ+μcosθ)

分析 导体棒向上做减速运动,开始时速度最大,产生的感应电流最大,受到的安培力最大,由E=BLv、I=$\frac{E}{2R}$、FA=BIL求出最大安培力.根据动能定理分析外力做的总功.上滑的过程中动能减小,重力势能增加,即可求得机械能的损失.由能量守恒定律研究R上产生的焦耳热.

解答 解:A、导体棒刚开始向上运动时所受的安培力最大,由E=BLv、I=$\frac{E}{2R}$、FA=BIL得到最大安培力为FA=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{2R}$.故A错误.
B、导体棒上滑的过程中,根据动能定理得知:外力对导体棒做的总功为-$\frac{1}{2}$mv2.故B错误.
C、上滑的过程中导体棒的动能减小$\frac{1}{2}$mv2,重力势能增加mgs sinθ,所以导体棒损失的机械能为$\frac{1}{2}$mv2-mgssinθ,由于除摩擦力外,还有安培力做功,所以导体棒损失的机械能大于μmgscosθ.故C错误.
D、根据能量守恒可知,上滑过程中导体棒的动能减小,转化为焦耳热、摩擦生热和重力势能,则电阻R上产生的焦耳热为Q=$\frac{1}{2}$[($\frac{1}{2}$mv2-mgs(sinθ+μcosθ)]=$\frac{1}{4}$mv2-$\frac{1}{2}$mgs(sinθ+μcosθ).故D正确.
故选:D

点评 在推导安培力时要掌握安培力的一般表达式F=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{R+r}$,R+r是回路的总电阻,导体棒的电阻不能遗漏.要抓住能量如何转化的,分析求解焦耳热.

练习册系列答案
相关题目

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网