| 含源单棒模型 题目答案及解析

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选修3-2

第四章 电磁感应

4.4 法拉第电磁感应定律

含源单棒模型

如图所示,两根足够长且相互平行的光滑长直金属导轨固定在与水平面成$\theta$的绝缘斜面上,在导轨的右上端分别接入阻值为$R$的电阻、电动势为$E$、内阻不计的电源和电容为$C$的电容器(电容器不会被击穿),导轨上端用单刀多掷开关可以分别连接电阻、电源和电容。质量为$m$、长为$L$、阻值也为$R$的金属杆$ab$锁定于导轨上,与导轨垂直且接触良好,解除$ab$锁定后,其运动时始终与$CD$平行,不计导轨的电阻和空气阻力,整个导轨处在垂直导轨平面向下的匀强磁场中,磁感应强度为$B$,重力加速度$g$。则下列说法正确的是$(\qquad)$

["

当开关打到$S_{1}$同时解除对金属杆$ab$的锁定,则金属杆最大速度为$\\dfrac{2mgR\\sin\\theta}{B^{2}L^{2}}$

","

当开关打到$S_{2}$同时解除对金属杆$ab$的锁定,则金属杆$ab$一定沿轨道向下加速

","

当开关打到$S_{3}$同时解除对金属杆$ab$的锁定,则金属杆做匀加速直线运动

","

当开关打到$S_{3}$同时解除对金属杆$ab$的锁定,则在$t$ $s$内金属杆运动的位移为$\\dfrac{mgt^{2}\\sin\\theta}{2\\left( B^{2}L^{2}C+m \\right)}$

"]
[["ACD"]]

$\rm A$.当开关打到$S_{1}$同时解除对金属杆$ab$的锁定,金属杆最大速度时满足$mg\sin\theta=\dfrac{B^{2}L^{2}v_{\text{m}}}{2R}$

即最大速度为$v_{\text{m}}=\dfrac{2mgR\sin\theta}{B^{2}L^{2}}$$\rm A$正确;

$\rm B$.当开关打到$S_{2}$同时解除对金属杆$ab$的锁定,根据左手定则可知,金属杆$ab$受到的安培力沿斜面向上,金属杆$ab$沿斜面受到的安培力可能大于重力沿斜面的分力,则金属杆$ab$可能沿轨道向上加速,$\rm B$错误;

$\rm C$.当开关打到$S_{3}$同时解除对金属杆$ab$的锁定,对金属杆$mg\sin \theta − BiL=ma$

$i=\dfrac{\Delta q}{\Delta t}=\dfrac{(BL\Delta v)C}{\Delta t}=BLaC$

解得$a=\dfrac{mg\sin\theta}{B^{2}L^{2}C+m}$

故金属杆做匀加速直线运动,$\rm C$正确;

$\rm D$.由运动学公式得,在$t$ $s$内金属杆运动的位移为$s=\dfrac{mgt^{2}\sin\theta}{2\left( B^{2}L^{2}C+m \right)}$$\rm D$正确。

故选:$\rm ACD$

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如图所示,某兴趣小组设计了一新型两级水平电磁弹射系统。第一级由间距为的水平金属导轨、可在导轨上滑行的导电动子、输出电压恒为的电源和开关组成,由此构成的回路总电阻为;第二级由固定在动子上间距也为的导电“”形滑杆、锁定在滑杆上可导电的模型飞机组成,由此构成的回路总电阻为。另外在第二级回路内固定一超导线圈,它与第一、第二两级回路三者彼此绝缘。导轨间存在方向竖直向下、磁感应强度大小为的匀强磁场。接通开关,动子从静止开始运动,所受阻力与其速度成正比,比例系数为。当动子运动距离为时(可视为已匀速),立即断开,在极短时间内实现下列操作:首先让超导线圈通上大电流,产生竖直方向的强磁场,在第二级回路中产生磁通量;再让超导线圈断开,磁场快速消失,同时解锁飞机,对飞机实施第二次加速,飞机起飞。已知动子及安装其上所有装备的总质量为,其中飞机质量为,在运动过程中,动子始终与导轨保持良好接触,忽略导轨电阻。 两根长直光滑平行金属导轨固定在绝缘水平桌面上,导轨间距为,空间存在垂直于导轨平面向下、磁感应强度为的匀强磁场,俯视角度如图所示。导轨左端通过单刀双掷开关与电源、电容器相连,电源电动势为(内阻不计),电容器的电容为。将质量为,电阻为的导体棒垂直放置在导轨上,先将开关接到,待电容充电结束后将开关换接到。忽略导线和导轨电阻,且不考虑电磁辐射及回路中电流产生的磁场,下列说法正确的是 如图所示,两根光滑平行直导轨、固定在同一水平面内,间距为,导轨的左端接有电源电动势,内阻 。一质量为,电阻为的导体棒垂直于导轨放置。空间存在斜向右上方且与轨道平面成角的匀强磁场,匀强磁场方向与导体棒垂直,磁感应强度为。求: 光滑的水平长直轨道放在匀强磁场中,轨道宽,长度也为,质量为,电阻的导体棒静止在导轨上,它与导轨接触良好。当开关与接通时,电源可提供恒定的电流,电流方向可根据需要进行改变,开关与接通时,电阻,若开关的切换与电流的换向均可在瞬间完成,求: 如图所示,金属棒质量为,通过的电流为,处在磁感应强度为的匀强磁场中,磁场方向与导轨平面夹角为,静止于宽为水平导轨上,下列说法正确的是 如图所示,两平行金属导轨间的距离,金属导轨所在的平面与水平面的夹角,金属导轨的一端接有电动势、内阻的直流电源。现把一个质量的导体棒放在金属导轨上,它与导轨间的动摩擦因数,整个装置放在磁感应强度大小、垂直导轨平面向上的匀强磁场中,导体棒静止。导体棒与金属导轨垂直且接触良好,导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻,金属导轨电阻不计,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取重力加速度大小。
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