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精英家教网阻值为R的电阻和不计电阻的导线组成如图所示的滑轨,滑轨与水平面成α角,匀强磁场垂直滑轨所在的平面,宽窄滑轨的宽度是二倍关系,一质量为m电阻不计的导体棒ab垂直滑轨放置,彼此接触良好.不计导体棒与滑轨间的摩擦,导体棒从靠近电阻R处由静止释放,在滑至窄滑轨之前已达匀速,其速度为v,窄滑轨足够长.则下列说法正确的是(  )
A、导体棒进入窄滑轨后,一直做匀速直线运动B、导体棒在窄滑轨上先做减速运动再做匀速运动C、导体棒在窄滑轨上匀速运动时的速度为2vD、导体棒在宽窄两滑轨上匀速运动时电阻R上产生的热功率之比为1:4
分析:导体棒在滑至窄滑轨之前已达匀速,受力平衡,由平衡条件和安培力表达式,列式;当导体棒进入窄滑轨后,分析安培力的变化,判断其运动情况.当导体棒进入窄滑轨后匀速运动时,受力也达到平衡,根据安培力与速度的关系式,由平衡条件求出速度之比,再根据功能关系求解热功率之比.
解答:解:A、B、导体棒在滑至窄滑轨之前已达匀速,受力平衡,则有:mgsinα=
B2L2v
R
…①
当导体棒进入窄滑轨后,速度没有突变,导体棒有效有切割长度减小,由E=BLv知,产生的感应电动势减小,感应电流减小,导体棒所受的安培力减小,则重力沿斜面向下的分力将大于安培力,所以导体棒将做加速运动,随着速度增大,感应电动势、感应电流和安培力均匀增大,导体棒的加速度减小,当安培力与重力沿斜面向下的分力再次相等时做匀速运动,故AB错误.
C、D设导体棒在窄滑轨上匀速运动时的速度v′.则有:mgsinα=
B2(0.5L)2v′
R
…②
由①②得,v′=4v
根据功能关系得:导体棒匀速运动时,电阻R上产生的热功率等于重力的功率,为 P=mgsinαv∝v,所以导体棒在宽窄两滑轨上匀速运动时电阻R上产生的热功率之比为1:4,故C错误,D正确.
故选:D
点评:解决本题关键要掌握安培力经验公式F=
B2L2v
R
,通过分析受力情况,要能正确判断运动情况.
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