题目内容

8.如图所示,两根足够长的光滑直金属导轨MN、PQ平行固定在倾角θ=37°的绝缘斜面上,两导轨间距L=1m,导轨的电阻可忽略.M、P两点间接有阻值为R的电阻.一根质量m=1kg、电阻r=0.2Ω的均匀直金属杆ab放在两导轨上,与导轨垂直且接触良好.整套装置处于磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中,磁场方向垂直斜面向下.自图示位置起,杆ab受到大小为F=0.5v+2(式中v为杆ab运动的速度,力F的单位为N)、方向平行导轨沿斜面向下的拉力作用,由静止开始运动,测得通过电阻R的电流随时间均匀增大.g=10m/s2,sin37°=0.6.下列说法正确的是(  )
A.金属杆做匀加速运动
B.R=0.3Ω
C.杆ab自静止开始下滑1m所用时间为0.5s
D.杆ab自静止开始下滑1m过程中电路中产生的总焦耳热为$\frac{4}{3}$J

分析 根据闭合电路欧姆定律得到通过电阻R的电流与速度的关系,根据通过电阻R的电流随时间均匀增大,分析速度如何变化,判断金属杆做何种运动;根据牛顿第二定律得到加速度与速度的表达式,由于匀加速运动,加速度与速度无关,求出加速度的大小,再求解R;由位移公式求出金属杆ab自静止开始下滑通过位移x=1m所需的时间t.运用微元法求解热量.

解答 解:A、根据闭合电路欧姆定律和法拉第电磁感应定律可得通过R的电流I=$\frac{E}{R+r}$=$\frac{BLv}{R+r}$,因通过R的电流I随时间均匀增大,即杆的速度v随时间均匀增大,杆的加速度为恒量,金属杆做匀加速运动,故A正确.
B、对杆,根据牛顿第二定律有:F+mgsinθ-BIL=ma
将F=0.5v+2代入得:2+mgsinθ+(0.5-$\frac{{B}^{2}{L}^{2}}{R+r}$)v=ma,
因a与v无关,所以a=$\frac{2+mgsinθ}{m}$=8m/s2,代入得0.5--$\frac{{B}^{2}{L}^{2}}{R+r}$=0,得:R=0.3Ω,B正确;
C、由x=$\frac{1}{2}a{t}^{2}$得所需时间为:t=$\sqrt{\frac{2x}{a}}=\sqrt{\frac{2}{8}}s$=0.5s,C正确;
D、在极短时间△t内,回路产生的焦耳热为:$△Q=(\frac{BLv}{R+r})^{2}•△t=(\frac{BLat}{R+r})^{2}•△t$=32t2△t
在t=0.5s内产生的焦耳热Q=∑32t2△t=$\frac{32}{3}×(0.5)^{3}$J=$\frac{4}{3}J$,故D正确.
故选:ABCD.

点评 本题考查运用数学知识研究物理问题的能力.对于变速运动中热量的求解,不能直接根据焦耳定律求,采用微元法或积分法求,要尝试应用.

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