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高中 | 双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
双棒模型
如图所示,两段足够长的光滑平行金属导轨水平放置,导轨左右两部分的间距分别为$l$、$2l$;空间存在竖直向上的匀强磁场,磁感应强度大小为$B$,质量分别为$m$、${2 m}$的导体杆$a$、$b$均垂直导轨放置,接入电路的电阻分别为$R$、$2R$,导轨电阻忽略不计;$a$、$b$两杆同时分别以${{v}_{0}}$、$2{{v}_{0}}$的初速度向右运动,$a$总在左边窄导轨上运动,$b$总在右边宽导轨上运动,从开始运动到两杆稳定的过程中,下列说法正确的是$(\qquad)$
$a$杆加速度与$b$杆的加速度相同
","稳定时$a$杆的速度为$2{{v}_{0}}$
","电路中$a$杆上产生的焦耳热为$\\dfrac{3}{2}mv_{0}^{2}$
","通过导体杆$a$的某一横截面的电荷量为$\\dfrac{mv_{0}}{Bl}$
"]$\rm A$.感应电流大小相等,根据牛顿第二定律有$BIl=2m{{a}_{a}}$,$BI\cdot 2l=2m{{a}_{b}}$
可知,加速度大小相等,根据右手定则可知,从上往下看,感应电流方向沿顺时针方向,根据左手定则可知,$a$受到的安培力方向向右,$b$受到的安培力方向向左,安培力方向相反,则加速度方向相反,可知,$a$杆加速度与$b$杆的加速度不相同,故$\rm A$错误;
$\rm B$.稳定时,感应电流为$0$,回路总的感应电动势为$0$,则有$B\cdot2lv_{b}=Blv_{a}$
对$a$杆,根据动量定理有$B\overline{I}l\Delta t=m{{v}_{a}}-m{{v}_{0}}$
对$b$杆,根据动量定理有$-B\overline{I}\cdot 2l\Delta t=2m{{v}_{b}}-2m\cdot 2{{v}_{0}}$
解得${{v}_{a}}=2{{v}_{0}}$,${{v}_{b}}={{v}_{0}}$,故$\rm B$正确;
$\rm D$.根据电流的定义式有$\overline{I}=\dfrac{q}{\Delta t}$
结合上述解得$q=\dfrac{m{{v}_{0}}}{Bl}$,故$\rm D$正确;
$\rm C$.回路产生的总的焦耳热$Q=\dfrac{1}{2}mv_{0}^{2}+\dfrac{1}{2}\times2m\left( 2v_{0}\right)^{2}-\dfrac{1}{2}mv_{a}^{2}-\dfrac{1}{2}\times2mv_{b}^{2}$
电路中$a$杆上产生的焦耳热${{Q}_{a}}=\dfrac{QR}{R+2R}$
解得${{Q}_{a}}=\dfrac{1}{2}mv_{0}^{2}$,故$\rm C$错误。
故选:$\rm BD$。
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