题目内容

3.如图所示,足够长的“U”形光滑固定金属导轨所在平面与水平面的夹角为θ=30°,其中导轨MN与导轨PQ平行且间距为L,导轨平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直;现使导体棒ab由静止开始沿导轨下滑并开始计时(t=0),下滑过程中ab与两导轨始终保持垂直且良好接触,t时刻ab的速度大小为v,通过的电流为I;已知ab棒接入电路的电阻为R,导轨电阻不计,重力加速度为g,则(  )
A.在时间t内,ab可能做匀加速直线运动
B.t时刻ab的加速度大小为$\frac{1}{2}$g-$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{mR}$
C.在时间t内,通过ab某一横截面的电荷量为It
D.若在时间t内ab下滑的距离为s,则此过程中该电路产生的焦耳热为$\frac{1}{2}$mgs-$\frac{1}{2}$mv2

分析 (1)结合导体棒的受力情况,根据牛顿第二定律及安培力的计算公式可写出时间t内导体棒加速度的表达式a=$\frac{1}{2}g-\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{mR}$,可判断A、B的正误
(2)由时间t内通过电路电荷量q的计算公式可判断C的正误
(3)根据能量守恒定律可计算出导体棒ab在下滑距离s的过程中该电路产生的焦耳热Q

解答 解:A、B、在时间t内取导体棒为研究对象,则有:
mgsin30°-F=ma
F=BIL
I=$\frac{E}{R}$
E=BLv
解得:a=$\frac{1}{2}g-\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{mR}$,A错误,B正确
C、在时间t内,通过ab某一横截面的电荷量q=$\overline{I}$t,$\overline{I}$为t时间内通过电路的平均电流并非t时刻的电流I,故C错误
D、由能量守恒定律可得:
mgssin30°=$\frac{1}{2}$mv2+Q
解得:Q=$\frac{1}{2}$mgs-$\frac{1}{2}$mv2,故D正确
故选:BD

点评 (1)本试题考查了考查了牛顿第二定律、感应电动势的计算、闭合电路欧姆定律、安培力的计算及能量守恒定律,属常规题
(2)通过的电路的电荷量q=It,其中I为平均电流而非电流的瞬时值

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