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高中 | 含阻单棒模型题目答案及解析如下,仅供参考!
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
如图甲所示,两条相距为$d$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$R$的电阻相连,整个装置处于磁感应强度大小为$B$、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场中。质量为$m$、长度为$d$的导体棒$ab$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$x$轴。某时刻给导体棒$ab$瞬时冲量使其获得向右的初速度$v_{0}$,同时对导体棒$ab$施加与导轨平行的水平方向的力,使导体棒$ab$向右做减速运动直至停止,导体棒$ab$速度随位移变化的图像如图乙所示。不计导体棒$ab$及金属导轨的电阻,下列说法正确的是$(\qquad)$
导体棒$ab$做匀减速直线运动
","在$x=0$位置导体棒所受的安培力大小为$\\dfrac{B^{2}d^{2}v_{0}}{R}$,方向水平向右
","这一过程中电阻$R$放出的热量为$\\dfrac{B^{2}d^{3}v_{0}}{2R}$
","水平力对导体棒$ab$做功为$\\dfrac{B^{2}d^{3}v_{0}}{R}-\\dfrac{1}{2}mv_{0}^{2}$
"]$\rm A$.由速度$—$位移图像可知,导体棒运动过程中加速度是变化的,故$\rm A$错误;
$\rm B$.$x=0$时,导体棒$ab$产生的电动势为$E=Bdv_{0}$
电流为$I=\dfrac{E}{R}$
安培力为$F=BId$
联立解得$F=\dfrac{B^{2}d^{2}v_{0}}{R}$
方向水平向左,故$\rm B$错误;
$\rm C$.安培力做负功把其他形式的能转化为电能,被电阻$R$消耗放热,由$F=$ $\dfrac{B^{2}d^{2}v}{R}$可知,$F ∝ v$,可作出$F$和位移$x$的关系图像,如图所示
图像围成的面积等于克服安培力做功,所以$Q=\left| W_{安} \right|=\dfrac{B^{2}d^{3}v_{0}}{2R}$,故$\rm C$正确;
$\rm D$.根据动能定理得$W-\dfrac{B^{2}d^{3}v_{0}}{2R}=0 -$ $\dfrac{1}{2}mv_{0}^{2}$
解得$W=\dfrac{B^{2}d^{3}v_{0}}{2R}-\dfrac{1}{2}mv_{0}^{2}$,故$\rm D$错误。
故选:$\rm C$。
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