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高中 | 含源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
含源单棒模型
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$L$,空间存在垂直于导轨平面向下、磁感应强度为$B$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$E$(内阻不计),电容器的电容为$C$。将质量为$m$,电阻为$R$的导体棒垂直放置在导轨上,先将开关接到$a$,待电容充电结束后将开关换接到$b$。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$(\qquad)$
导体棒加速度的最大值为$\\dfrac{BLE}{MR}$
","导体棒能够达到的最大速度为$\\dfrac{E}{BL}$
","导体棒从开始运动至达到最大速度的过程中,通过导体棒横截面积的电荷量为$\\dfrac{CmE}{{{B}^{2}}{{L}^{2}} C+m}$
","导体棒达到最大速度时,电容器极板间的电压为$\\dfrac{BLE}{{{B}^{2}}{{L}^{2}} C+m}$
"]$\rm A$.充电后,电容器电压为$E$。开关接到“$a$”时导体棒速度为$0$,电容器两端电压的最大值为$E$,导体棒中电流最大为$I_{\rm m}$,导体棒所受安培力的最大值为$F_{\rm m}$,加速度最大设为$a_{\rm m}$,故${{I}_{\text{m}}}=\dfrac{E}{R}$,${{F}_{\text{m}}}={{I}_{\text{m}}}LB$,${{F}_{\text{m}}}=m{{a}_{\text{m}}}$
解得${{a}_{\text{m}}}=\dfrac{BEL}{mR}$,故$\rm A$正确;
$\rm BCD$.导体棒达到最大速度$v_{\rm m}$时,电路中电流为$0$,电容器两端电压为$U$,电容器放出的电荷量为$\Delta Q$,导体棒达到最大速度时,电容器两端电压等于金属杆切割磁感线产生的感应电动势$U=BL{{v}_{\text{m}}}$
故电容器放电量为$\Delta Q=C(E-U)$
由动量定理$\sum{I}LB\Delta t=m{{v}_{\text{m}}}$
又$\sum{I}\Delta t=\Delta Q$
解得${{v}_{\text{m}}}=\dfrac{CEBL}{{{B}^{2}}{{L}^{2}}C+m}$,$\Delta Q=\dfrac{CmE}{{{B}^{2}}{{L}^{2}} C+m}$,$U=\dfrac{CE{{B}^{2}}{{L}^{2}}}{{{B}^{2}}{{L}^{2}}C+m}$,故$\rm BD$错误,$\rm C$正确。
故选:$\rm AC$。
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