| 双棒模型 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

双棒模型

如图所示,水平面内固定一间距$L=1\;\rm m$、电阻不计且足够长的光滑平行金属导轨,整个导轨处于竖直向下、磁感应强度大小$B=1\;\rm T$的匀强磁场中。两根相距很远且长度也为$L=1\;\rm m$的细直金属杆$a$$b$静置于导轨上,与导轨垂直并接触良好,$a$$b$质量均为$1\;\rm kg$、电阻均为$1\;\rm \Omega$$t=0$时刻,给$a$一水平向右、大小$v_{0}=10\;\rm m/s$的初速度,第$1\;\rm s$$b$的速度大小为$3.2\;\rm m/s$,第$1\;\rm s$$b$的位移为$1.8\;\rm m$。不计空气阻力,则$(\qquad)$

["

$1\\;\\rm s$末,$a$的速度大小为$6.8\\;\\rm m/s$

","

$1\\;\\rm s$内,$a$$b$的位移之比为$32:9$

","

$1\\;\\rm s$内,$a$$b$的间距减小了$6.4\\;\\rm m$

","

$1\\;\\rm s$内,$a$克服安培力做的功等于系统的发热量

"]
[["AC"]]

$\rm A$$a$$b$组成的系统动量守恒$m{{v}_{0}}=m{{v}_{1}}+m{{v}_{2}}$

已知$v_{0}=10\;\rm m/s$,第$1\;\rm s$$b$的速度大小${{v}_{2}}$$3.2\;\rm m/s$,解得第$1\;\rm s$$a$的速度大小${{v}_{1}}=6.8\;\rm \text{m/s}$,故$\rm A$正确;

$B$ $C$.根据题意,对$b$由动量定理有$B\overline{I}L\cdot \Delta t=m{{v}_{b}}$

又有$\bar{I}=\dfrac{\Delta \Phi }{2R\Delta t}=\dfrac{B\left( {{x}_{a}}-{{x}_{b}} \right)}{2R\Delta t}x=1$

整理可得$BL\bar{I}\Delta t=\dfrac{{{B}^{2}}{{L}^{2}}\left( {{x}_{a}}-{{x}_{b}} \right)}{2R}=m{{v}_{b}}$

解得${{x}_{a}}-{{x}_{b}}=6.4\;\rm {m}$

${{x}_{b}}=1.8\;\rm \text{m}$

${{x}_{a}}=8.2\;\rm \text{m}$

${{x}_{a}}:{{x}_{b}}=8.2:1.8=41:9$,故$\rm B$错误,$\rm C$正确;

$\rm D$.由能量守恒定律,第$1\;\rm s$内,$a$克服安培力做的功等于系统的发热量和$b$的动能增加量,故$\rm D$错误。

故选:$\rm AC$

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