高中 | 含阻单棒模型 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

含阻单棒模型

$2024$$12$月我国装备了电磁阻拦系统的常规动力航母福建舰已完成第五次海试,图甲为航母电磁阻拦技术的原理简图,飞机着舰时通过绝缘阻拦索钩住水平导轨上的金属棒$ab$并关闭动力系统,在匀强磁场中减速滑行。若忽略导轨电阻、摩擦和空气阻力,$ab$所受安培力$F$随位移$s$的变化如图乙,则在飞机滑行过程,下列说法正确的是$(\qquad)$

["

飞机的加速度与位移成正比

","

飞机的加速度与速度成正比

","

通过$ab$的电荷量与时间成正比

","

整个过程中回路产生的焦耳热为$\\dfrac{1}{2}F_{0}s_{0}$

"]
[["BD"]]

$\rm A$.飞机着舰时受安培力,由牛顿第二定律可得$F=ma$

由乙图得可得$F=F_{0}-\dfrac{F_{0}}{s_{0}}s$

解得加速度$a=\dfrac{F_{0}}{m}-\dfrac{F_{0}}{ms_{0}}s$

故飞机的加速度与位移不成正比,故$\rm A$错误;

$\rm B$.设导轨宽度为$L$,由牛顿第二定律$F=BIL=ma$

因为电流$I=\dfrac{E}{R}=\dfrac{BLv}{R}$

解得加速度$a=\dfrac{B^{2}\;\rm L^{2}}{m}v$

可知飞机的加速度与速度成正比,故$\rm B$正确;

$\rm C$.通过$ab$的电荷量$q=\overline{I}\Delta t=\dfrac{\overline{E}}{R}\Delta t=\dfrac{\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t}}{R}\Delta t=\dfrac{\Delta\Phi}{R}=\dfrac{BL}{R}s$

因为$\overline{I}=\dfrac{\overline{E}}{R}=\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t}=\dfrac{BLs}{\Delta t}$

联立解得$q=\dfrac{BLs}{R}$

可知通过$ab$的电荷量与位移成正比,故$\rm C$错误;

$\rm D$.功能关系可知导体棒克服安培力做功的多少即为整个回路产生的焦耳热,图乙可知导体棒克服安培力做功$W_{克安}=\dfrac{1}{2}F_{0}s_{0}=Q_{焦耳热}$,故$\rm D$正确。

故选: $BD$

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如图所示,绝缘水平面上固定一足够长且间距为的光滑水平导轨,其左端连有一阻值为的电阻,整个装置处于磁感应强度大小为、方向竖直向下的匀强磁场中。质量为的导体棒垂直导轨放置,且与导轨接触良好,导轨和导体棒的电阻均忽略不计。在水平向右的恒定外力的作用下,导体棒由静止开始运动且始终与导轨垂直,则 如图所示,间距为的光滑平行金属导轨水平固定,导轨左端连接有阻值为的定值电阻。一在导轨上垂直于导轨放置一金属棒,金属棒及导轨电阻不计。现在金属棒与定值电阻之间加一边界为矩形的匀强磁场,且知矩形长为、宽为,磁场磁感应强度大小为,方向垂直导轨平面向下。若使磁场以速度平行导轨向右匀速运动,直至金属棒穿越磁场,则下列说法中正确的是 如图所示,水平面上固定放置有“”形光滑金属导轨,宽度为。虚线右侧存在方向垂直于导轨平面的匀强磁场(图中未画出),磁感应强度大小为,磁场的区域足够大。质量为、电阻为、长度也为的导体棒垂直于导轨放置,以初速度沿导轨进入匀强磁场区域,最终静止。导体棒与导轨接触良好,不计金属导轨电阻,则 如图所示为水平面内的两根光滑平行导轨,左侧连接阻值为的定值电阻,处在竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度大小未知,与导轨宽度相同的导体棒质量为、电阻为,以初速度从图示位置沿着导轨向右滑动,滑动距离为后停下。棒与导轨始终接触良好,其他电阻不计,则 如图所示,、为两根足够长的光滑、平行金属导轨,它们之间的距离为,导轨平面与水平面之间的夹角,、间接有阻值为的定值电阻,磁感应强度为的匀强磁场垂直平面向上,长度略大于、质量为的金属棒垂直放置于导轨上,其接入电路的电阻为。现将从导轨上的某一位置由静止释放,经过时间达到最大速度。整个过程金属棒与金属导轨接触良好,重力加速度为,除金属棒电阻和电阻外,其余电阻不计。金属棒由静止释放至达到最大速度的过程中,下列说法正确的是 如图甲所示,两条相距为的足够长光滑平行金属导轨固定在水平面内,导轨左端与一阻值为的电阻相连,整个装置处于磁感应强度大小为、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场中。质量为、长度为的导体棒静置在导轨上,以此位置为坐标原点,沿导轨向右为正方向建立轴。某时刻给导体棒瞬时冲量使其获得向右的初速度,同时对导体棒施加与导轨平行的水平方向的力,使导体棒向右做减速运动直至停止,导体棒速度随位移变化的图像如图乙所示。不计导体棒及金属导轨的电阻,下列说法正确的是
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