题目内容

18.如图所示,两根间距为L的光滑金属导轨(不计电阻),由一段圆弧部分与一段无限长的水平段部
分组成.其水平段加有竖直向下方向的匀强磁场,其磁感应强度为B,导轨水平段上静止放置一金属棒cd,质量为2m,电阻为2r.另一质量为m,电阻为r的金属棒ab,从圆弧段M处由静止释放下滑至N处进入水平段,圆弧段MN半径为R,所对圆心角为60°,下列说法正确的是(  )
A.ab棒在N处进入磁场瞬间时棒中电流I=$\frac{BL\sqrt{gR}}{2r}$
B.ab棒在进入匀强磁场后,ab棒受到的安培力大于cd棒所受的安培力
C.cd棒能达到的最大速度vm=$\frac{1}{2}$$\sqrt{gR}$
D.ab棒由静止到达最大速度过程中,系统产生的焦耳热Q=$\frac{1}{3}$mgR

分析 ab棒由静止从M滑下到N的过程中,只有重力做功,机械能守恒,据此可求出ab棒进入磁场N处时的速度,进而可求ab棒切割磁感线时产生的感应电动势和回路中的感应电流;根据安培力计算公式分析安培力大小;根据两棒构成的系统动量守恒列式求解cd棒的最大速度;根据能量守恒定律求解热量.

解答 解:A、ab棒由静止从M滑下到N的过程中,只有重力做功,机械能守恒,则有:mgR(1-cos60°)=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$
解得:v=$\sqrt{gR}$;
进入磁场区瞬间,回路中电流强度为:I=$\frac{BLv}{2r+r}$=$\frac{BL\sqrt{gR}}{3r}$,故A错误;
B、ab棒在进入匀强磁场后,通过ab和cd的电流强度大小相等,根据安培力计算公式可得FA=BIL知,ab棒受到的安培力等于cd棒所受的安培力,故B错误;
C、ab棒进入磁场后,ab棒在安培力作用下做减速运动,cd棒在安培力作用下作加速运动,当两棒速度达到相同速度v'时,电路中电流为零、安培力为零,cd达到最大速度.
运用动量守恒定律得:mv=(2m+m)vm,解得cd棒的最大速度为:vm=$\frac{1}{3}\sqrt{gR}$,故C错误;
D、系数释放热量应等于系统机械能减少量,故有:Q=mgR(1-cos60°)-$\frac{1}{2}×3m{v}_{m}^{2}$=$\frac{1}{3}mgR$,故D正确.
故选:D.

点评 对于电磁感应问题研究思路常常有两条:一条从力的角度,重点是分析安培力作用下导体棒的平衡问题,根据平衡条件列出方程;另一条是能量,分析涉及电磁感应现象中的能量转化问题,根据动能定理、功能关系等列方程求解.

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