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高中 | 能量守恒定律题目答案及解析如下,仅供参考!
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,绝缘水平面上固定有两根足够长的光滑平行导轨,导轨间距为$d$,左端连接阻值为$R$的定值电阻,一质量为$m$、有效电阻为$r$的导体棒$ab$垂直导轨放置,空间存在竖直向上、磁感应强度大小为$B$的匀强磁场,现给导体棒一个水平向右的初速度$v_{0}$,导体棒在运动过程中始终与导轨接触良好,导轨电阻不计,下列说法正确的是$(\qquad)$
导体棒$a$端的电势较低
","导体棒产生的热量为$\\dfrac{mv_{0}^{2}r}{2(R+r)}$
","导体棒受到的最大安培力为$\\dfrac{B^{2}d^{2}v_{0}}{R+r}$
","导体棒向右运动的最大距离为$\\dfrac{mv_{0}(R+r)}{B^{2}d^{2}}$
"]$\rm A$.根据右手定则可知,导体棒中的电流由$b$流向$a$,则$a$端电势较高,故$\rm A$错误;
$\rm B$.根据能量守恒定律可知,回路中产生的热量为$Q=\dfrac{1}{2}mv_{0}^{2}$
所以导体棒上产生的热量为$Q_{\text{r}}=\dfrac{r}{R+r}Q=\dfrac{mv_{0}^{2}r}{2(R+r)}$,故$\rm B$正确;
$\rm C$.初始时导体棒受到的安培力最大,即$F=BId=B\dfrac{Bdv_{0}}{R+r}d=\dfrac{B^{2}d^{2}v_{0}}{R+r}$,故$\rm C$正确;
$\rm D$.设导体棒向右运动的最大距离为$x$,则有$- B\overline{I}dt=0-mv_{0}$,$\overline{I}t=\dfrac{Bd\overline{v}}{R+r}t=\dfrac{Bdx}{R+r}$
联立解得$x=\dfrac{mv_{0}(R+r)}{B^{2}d^{2}}$,故$\rm D$正确。
故选:$\rm BCD$。
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