题目内容

7.如图所示,ABCD为固定的水平光滑矩形金属导轨,AB间距离为L,左右两端均接有阻值为R的电阻,处在方向竖直向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场中,质量为m、长为L的导体棒MN放在导轨上.甲、乙两根相同的轻质弹簧一端均与MN棒中点固定连接,另一端均被固定,MN棒始终与导轨垂直并保持良好接触,导轨与MN棒的电阻均忽略不计.初始时刻,两弹簧恰好处于自然长度,MN棒具有水平向左的初速度v0,经过一段时间,MN棒第一次运动至最右端,这一过程中AB间电阻R上产生的焦耳热为Q,则(  )
A.初始时刻棒受到安培力大小为$\frac{2{B}^{2}{L}^{2}{v}_{0}}{R}$
B.MN棒最终停在初位置处
C.当棒再次回到初始位置时,AB间电阻R的功率为$\frac{{B}^{2}{L}^{2}{{v}_{0}}^{2}}{R}$
D.当棒第一次到达最右端时,甲弹簧具有的弹性势能为Ep=$\frac{1}{4}$mv02-Q

分析 由E=BLv0、I=$\frac{E}{R}$、F=BIL三个公式结合求解初始时刻棒受到安培力大小.明确运动过程并分析运动能量转化情况,从而分析MN最终的位置和甲所具有的弹性势能,注意MN棒从开始到第一次运动至最右端,电阻R上产生的焦耳热为2Q,整个回路产生的焦耳热为4Q.

解答 解:A、由F=BIL及I=$\frac{BL{v}_{0}}{{R}_{并}}$,得安培力大小为FA=$\frac{2{B}^{2}{L}^{2}{v}_{0}}{R}$.故A正确;
B、由于两边弹簧弹力的作用,若MN不在中间位置,弹簧即产生弹力而使MN发生运动,故MN最终只能静止在初始位置,故B正确;
C、当棒再次回到初始位置时,速度小于v0,棒产生的感应电动势小于BLv0,则AB间电阻R的功率小于$\frac{{B}^{2}{L}^{2}{{v}_{0}}^{2}}{R}$,故C错误;
D、由能量守恒得知,当棒第一次达到最右端时,物体的机械能全部转化为整个回路中的焦耳热和甲乙弹簧的弹性势能,又甲乙两弹簧的弹性势能相等,所以甲具有的弹性势能为$\frac{1}{2}$($\frac{1}{2}$mv02-2Q)=$\frac{1}{4}$mv02-Q,故D正确;
故选:ABD.

点评 本题考查电磁感应规律与能量规律相结合的问题,分析系统中能量如何转化是关键点,要注意根据导体棒克服安培力做功等于产生的焦耳热,分析电阻R上产生的热量.

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