题目内容

14．五根完全相同的金属杆，其中的四根连接在一起构成一个正方形的闭合框架，框架被固定在绝缘的水平桌面上，另一根金属杆ab搁在水平框架上而且始终接触良好，匀强磁场垂直穿过桌面，若不计ab杆与框架的摩擦，当ab杆在外力F作用下匀速沿框架从最左端向最右端运动的过程中（　　）
A．a点的电势高于b点且两点间的电势差保持不变
B．外力F先减小后增大
C．机械能转化为电能的快慢保持不变
D．正方形框架的发热功率总小于ab杆的发热功率

分析 ab切割磁感线产生感应电动势，相当于电源，ab把金属框分为两部分，这两部分并联与ab构成闭合回路，由并联电路特点判断外电路电阻如何变化，从而判断外电压是否保持不变，应用安培力公式、平衡条件、电功率公式分析答题．

解答 解：A、ab向右匀速运动，产生的感应电动势为E=BLv，是定值，根据右手定则知，a点的电势高于b点，由于外电阻在变化，则a、b两点间的电势差在变化，故A错误．
B、ab可以看做电源，框架构成外电路，当ab运动到框架的中间位置时，外电路电阻最大，等于ab的电阻，因此在ab运动过程中，外电路总电阻R先增大后减小，由I=$\frac{E}{R+{R}_{ab}}$可知，电路电流先减小后增大，ab受到的安培力为FB=BIL，可知安培力先减小后变大，ab匀速运动，由平衡条件得：F=FB，所以外力F先减小后增大，故B正确．
C、通过ab的电流I先减小后增大，电动势不变，则整个电路的电功率先减小后增大，可知机械能转化为电能的快慢不是保持不变，故C错误．
D、当ab在框架的中央时，内外电阻相等，正方形框架的发热功率等于ab杆的发热功率．除此之外，外电阻总是小于内电阻的，由U=IR可知，外电压小于等于内电压，由Q=W=UIt可知外电路产生的总热量小于ab杆产生的总热量，故D错误．
故选：B．

点评 本题是一道电磁感应与力学、电路知识的综合题，要掌握电磁感应与力学、电路的基本规律，如E=BLv、并联电路特点、欧姆定律、安培力公式、电功与电功率公式等等．本题的难点与解题关键是：知道ab杆是电源，框架是外电路，判断出外电阻先增大后减小．

练习册系列答案
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请在方框中画出该实验的电路图．

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