题目内容

【题目】如图所示,固定的竖直光滑U型金属导轨,间距为L,上端接有阻值为R的电阻,处在方向水平且垂直于导轨平面、磁感应强度为B的匀强磁场中,质量为m、电阻为r的导体棒与劲度系数为k的固定轻弹簧相连放在导轨上,导轨的电阻忽略不计。初始时刻,弹簧处于伸长状态,其伸长量为,此时导体棒具有竖直向上的初速度v0。在沿导轨往复运动的过程中,导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触。则下列说法正确的是( )

A. 初始时刻导体棒受到的安培力大小

B. 初始时刻导体棒加速度的大小

C. 导体棒往复运动,最终静止时弹簧处于压缩状态

D. 导体棒开始运动直到最终静止的过程中,电阻R上产生的焦耳热

【答案】BC

【解析】导体棒的初速度为v0,初始时刻产生的感应电动势为E,由法拉第电磁感应定律得:E=BLv0
设初始时刻回路中产生的电流为I,由闭合电路的欧姆定律得: ;设初始时刻导体棒受到的安培力为F,由安培力公式得:F=BIL;联立上式得, .故A错误;初始时刻,弹簧处于伸长状态,棒受到重力、向下的安培力和弹簧的弹力,所以:ma=mg+kx+F得: .故B正确;从初始时刻到最终导体棒静止的过程中,导体棒减少的机械能一部分转化为弹簧的弹性势能,另一部分通过克服安培力做功转化为电路中的电能;当导体棒静止时,棒受到重力和弹簧的弹力,受力平衡,所以弹力的方向向上,此时导体棒的位置比初始时刻降低了,故C正确;导体棒直到最终静止时,棒受到重力和弹簧的弹力,受力平衡,则:mg=kx2,得: .由于x1=x2,所以弹簧的弹性势能不变,
由能的转化和守恒定律得:mg(x1+x2)+Ek=Q;解得系统产生的总热量: 可知R上产生的热量要小于系统产生的总热量.故D错误.
故选BC

练习册系列答案
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【题目】为了测量小滑块与水平桌面间的动摩擦因数,某小组设计了如图甲所示的实验装置,其中挡板可固定在桌面上,轻弹簧左端与挡板相连,图中桌面高为h,O1、O2、A、B、C点在同一水平直线上。已知重力加速度为g,空气阻力可忽略不计。

实验过程一:如图甲所示,挡板固定在O1点,推动滑块压缩弹簧,滑块移到A处,测量O1A的距离。滑块由静止释放,落在水平面上的P点,测出P点到桌面右端的水平距离为x1。

实验过程二:如图乙所示,将挡板的固定点移到距O1点距离为d的O2点,推动滑块压缩弹簧,滑块移到C处,使O2C的距离与O1A的距离相等。滑块由静止释放,落在水平面上的Q点,测出Q点到桌面右端的水平距离为x2。

(1)为完成本实验,下列说法中正确的是________。

A.必须测出小滑块的质量 B.必须测出弹簧的劲度系数

C.弹簧的压缩量不能太小 D.必须测出弹簧的原长

(2)写出动摩擦因数的表达式μ=____________。(用题中所给物理量的符号表示)

(3)在进行实验过程二时,发现滑块未能滑出桌面。为了仍能测量小滑块与水平桌面间的动摩擦因数,实验小组测量出滑块停止滑动的位置到B点的距离l。写出动摩擦因数的表达式μ=____________。(用题中所给物理量的符号表示)

(4)某同学认为,不测量桌面高度,改用秒表测出小滑块从飞离桌面到落地的时间,也可测出小滑块与水平桌面间的动摩擦因数。此实验方案________。(选填“可行”或“不可行”)

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