| 能量守恒定律 题目答案及解析

稿件来源:高途

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选修3-3

第十章 热力学定律

10.3 热力学第一定律 能量守恒定律

能量守恒定律

如图所示,足够长的两平行光滑金属轨道与水平方向的夹角为$\alpha=53^\circ $,质量为$m$的金属杆垂直轨道放置,距离金属杆为$a$以下区域有磁感应强度大小均为$B$、宽度均为$b$的多个矩形匀强磁场区域,磁场方向分别垂直于斜面向下或向上,相邻磁场间距也为$b$,轨道下端接有电阻为$R$,两轨道间距为$L$。当金属杆由静止释放后,发现金属杆每次进入磁场时的速度都相同。金属杆接入电路的电阻为$2R$,与轨道始终接触良好,其余电阻不计,$\sin53^\circ =0.8$,重力加速度为$g$。下列说法正确的是$(\qquad)$

["

金属杆每次刚进入磁场时加速度方向一定沿斜面向下

","

金属杆穿出磁场前一定做匀速直线运动

","

金属杆从最后一个磁场穿出时的速度大小为$\\dfrac{2}{5}\\sqrt{10g(a-b)}$

","

金属杆从释放到穿出第$n$个磁场时金属杆产生的热量为$\\dfrac{16nmgb}{15}$

"]
[["CD"]]

$\rm AB$.金属杆在无场区做匀加速运动,而金属杆进入磁场的速度相等,所以金属杆每次刚进入磁场时一定先做减速运动,加速度方向沿斜面向上,进入磁场后可能一直做减速运动,也可能先减速后匀速,故$\rm AB$错误;

$\rm C$.由题意金属杆从最后一个磁场穿出时的速度与从第一个磁场穿出时速度相同,金属杆进第二个磁场时速度与进第一个磁场时速度相同,有$v^{2}=2g\sin53^\circ⋅a$

所以有$v^{2}-v_{0}^{2}=2g\sin53^\circ⋅b$

联立得$v_{0}=\dfrac{2}{5}\cdot\sqrt{10g(a-b)}$

$\rm C$正确;

$\rm D$.金属杆从刚进入磁场$1$到刚进入磁场$2$的过程,由能量守恒定律得$mg⋅2b\sin53^\circ =Q$

金属杆通过各磁场时产生的热量均相同,所以总热量为$Q_{总}=nQ=2nmgb\sin 53{^\circ}=\dfrac{8nmgb}{5}$

所以金属杆产生的热量为$Q_{杆}=\dfrac{2}{3}Q_{总}=\dfrac{16nmgb}{15}$

$\rm D$正确。

故选:$\rm CD$

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