题目内容

5.如图所示,U形光滑金属框架竖直放置,bc水平,ab、cd竖直且足够长,b、c间有一定值电阻R,其他电阻均可忽略,ef是一电阻不计,质量为m的导体棒,导体棒始终垂直框架并与框架保持良好接触,整个装置处于垂直框架所在平面的匀强磁场中.已知重力加速度为g.当导体棒ef由静止下滑一段时间后,闭合开关S,则开关S闭合后(  )
A.导体棒ef的加速度一定小于g
B.导体棒ef的加速度可能大于g
C.导体棒ef最终速度跟开关S闭合的时刻无关
D.导体棒ef的机械能与回路中产生的内能之和一定守恒

分析 棒沿框架无摩擦下滑,先做自由落体运动,当闭合开关时,由于棒切割磁感线产生感应电动势,出现感应电流,导致棒受到安培力,根据安培力公式大小,可判定棒的合力,从而确定加速度大小与方向;当棒达到受力平衡时,处于最大速度.在整个过程中,只有重力与安培力做功,因此棒的机械能与电路中产生的电能之和是守恒的.

解答 解:A、当ef从静止下滑一段时间后闭合S,ef将切割磁感线产生感应电流,受到竖直向上的安培力,若安培力大于2mg,则由牛顿第二定律得F安-mg=ma,则ef的加速度大小可能大于g.若安培力小于2mg,则ef的加速度大小可能小于g.故A错误,B正确.
C、棒达到稳定速度时一定做匀速运动,由mg=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{R}$,解得:v=$\frac{mgR}{{B}^{2}{L}^{2}}$,可见稳定时速度v与开关闭合的时刻无关,故C正确;
D、在整个过程中,只有重力与安培力做功,因此ef的机械能与电路中产生的内能之和保持不变,故D正确;
故选:BCD.

点评 本题是电磁感应与力学知识的综合,其桥梁是安培力,这类问题往往安培力的分析和计算是关键,要记牢安培力的经验公式F安=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{R}$的正确应用.

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