题目内容

20.如图甲所示,MN与PQ为光滑的平行导轨,导轨间距为l,导轨的上部分水平放置,下部分倾斜放置且与水平面的夹角为θ,导轨足够长.两条导轨上端用导线连接,在导轨的水平部分加一竖直向上的匀强磁场B1,其磁感应强度随时间t变化的关系如图乙所示;在导轨的倾斜部分加一垂直于导轨平面向上的匀强磁场,磁感应强度始终为B0.在t1时刻从倾斜轨道上某位置静止释放导体棒a,导体棒开始向下运动,已知导体棒的质量为m、电阻为R,不计导轨和导线的电阻,重力加速度为g,则下列说法正确的是(  )
A.刚释放导体棒a时,其加速度一定最大
B.整个运动过程中,导体棒a的最大速度为$\frac{mgRsinθ}{{B}_{0}^{2}{l}^{2}}$
C.在t1~t2时间内,导体棒a可能先做加速度减小的加速运动,然后做匀速直线运动
D.若在t3时刻,导体棒a已经达到最大速度,则在t1~t3时间内,通过导体棒的电荷量为$\frac{mg({t}_{3}-{t}_{1})sinθ}{{B}_{0}l}$-$\frac{{m}^{2}gRsinθ}{{B}_{0}^{3}{l}^{3}}$

分析 根据牛顿第二定律判断加速度大小;、
根据共点力的平衡条件结合安培力的计算公式求解最大速度;
分析运动过程中安培力的大小变化情况,确定加速度大小变化情况,由此分析运动情况;
在t1~t3时间内,由动量定理结合电荷量的计算公式列方程求解电荷量.

解答 解:A、刚释放导体棒时,回路中只有感生电动势,其加速度为mgsinθ-B0Il=ma,当到达t2时刻后,感生电动势产生的电流消失,只剩下动生电动势产生 的电流,此时mgsinθ-B0I'l=ma',因为不能判断I'与I的大小关系,所以加速度a不一定大于a',故A错误;
B、导体棒的最大速度应该可以出现在t2时刻之后,当mgsinθ=$\frac{{B}_{0}^{2}{l}^{2}v}{R}$时,有最大速度v=$\frac{mgRsinθ}{{B}_{0}^{2}{l}^{2}}$,故B正确;
C、t1~t2时间内,由于下滑速度越来越大,所以产生的动生电动势也越来越大,此时回路中的感应电流变大,导体棒所受安培力也越来越大,所以其加速度越来越小,其加速度有可能在到达t2时刻之前已经减为零,所以之后其可能做匀速直线运动,故C正确;
D、在t1~t3时间内,由动量定理可得mgsinθ(t3-t1)-B0I″l(t3-t1)=m△v,可解得:q=I″(t3-t1)=$\frac{mg({t}_{3}-{t}_{1})sinθ}{{B}_{0}l}$-$\frac{{m}^{2}gRsinθ}{{B}_{0}^{3}{l}^{3}}$,故D正确.
故选:BCD.

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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