题目内容
14.如图(a)所示,MN、PQ两条平行的光滑金属轨道与水平面成θ=30°固定在地面上,M、P之间接电阻箱R,电阻箱的阻值范围为0~4Ω,导轨所在空间存在匀强磁场,磁场方向垂直于轨道平面向上,磁感应强度为B=0.5T.质量为m的金属杆ab水平放置在轨道上,其接入电路的电阻值为r.现从静止释放杆ab,测得最大速度为vm.改变电阻箱的阻值R,得到vm与R的关系如图(b)所示.已知轨道间距为L=2m,重力加速度取g=10m/s2,轨道足够长且电阻不计.则( )| A. | 金属杆滑动时产生的感应电流方向是a→b→M→P→a | |
| B. | 当R=0时,杆ab匀速下滑过程中产生感生电动势的大小为2V | |
| C. | 金属杆的质量为m=0.2kg,电阻r=2Ω | |
| D. | 当R=4Ω时,回路瞬时电功率每增加1W的过程中合外力对杆做的功为0.6J |
分析 ab杆匀速下滑时速度最大,当R=0时,由乙图读出最大速度,由E=BLv求出感应电动势,由右手定则判断感应电流的方向;
根据E=BLv、I=$\frac{E}{R+r}$ 及平衡条件,推导出杆的最大速度v与R的表达式,结合图象的意义,求解杆的质量m和阻值r;
当R=4Ω时,读出最大速度.由E=BLv和功率公式P=$\frac{{E}^{2}}{R+r}$得到回路中瞬时电功率的变化量,再根据动能定理求解合外力对杆做的功W.
解答 解:AB、由图可知,当R=0 时,杆最终以v=2m/s匀速运动,产生电动势 E=BLv=0.5×2×2V=2V
由右手定则判断得知,杆中电流方向从b→a,故A错误,B正确;
C、设最大速度为v,杆切割磁感线产生的感应电动势 E=BLv
由闭合电路的欧姆定律:I=$\frac{E}{R+r}$
杆达到最大速度时满足 mgsinθ-BIL=0
解得:v=$\frac{mgsinθ}{{B}^{2}{L}^{2}}$R+$\frac{mgsinθ}{{B}^{2}{L}^{2}}$r
由图象可知:斜率为k=$\frac{4-2}{2}$m/(s•Ω)=1m/(s•Ω),纵截距为v0=2m/s,
得到:$\frac{mgsinθ}{{B}^{2}{L}^{2}}$r=v0
$\frac{mgsinθ}{{B}^{2}{L}^{2}}$=k
解得:m=0.2kg,r=2Ω
D、由题意:E=BLv,P=$\frac{{E}^{2}}{R+r}$ 得 P=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}{v}^{2}}{r+R}$,
则△P=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}{v}^{2}}{r+R}$-$\frac{{B}^{2}{L}^{2}{v}_{1}^{2}}{R+r}$
由动能定理得
W=$\frac{1}{2}$mv2-$\frac{1}{2}$m${v}_{1}^{2}$
联立得 W=$\frac{m(R+r)}{2{B}^{2}{L}^{2}}$△P
代入解得 W=0.6J
故选:BCD.
点评 电磁感应问题经常与电路、受力分析、功能关系等知识相结合,是高中知识的重点,该题中难点是第三问,关键是根据物理规律写出两坐标物理量之间的函数关系.
| A. | 晶体和非晶体都有确定的熔点 | |
| B. | 液体中悬浮的颗粒越小,布朗运动越显著 | |
| C. | 两分子间距离增大时,分子间引力增大,斥力减小 | |
| D. | 影响蒸发快慢以及影响人们对干爽与潮湿感受的因素是空气的相对湿度 | |
| E. | 液晶是一种特殊物质,它既具有液体的流动性,又像某些晶体那样有光学各向异性 |
| A. | 此时振子的速度在增加 | B. | 此时加速度在变大 | ||
| C. | 此时加速度方向与速度方向相同 | D. | 此时位移方向与速度方向相反 |
| A. | 火车发动机的功率越来越大,牵引力也越来越大 | |
| B. | 火车发动机的功率恒定不变,牵引力却越来越大 | |
| C. | 当火车达到某一速率时,若要保持此速率做匀速运动,则此时发动机的功率应该减小 | |
| D. | 当火车达到某一速率,且要求保持此速率做匀速运动,则此发动机的功率跟此时速率的平方成正比 |