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.

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