| 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,足够长的光滑水平轨道左侧${{b}_{1}}{{b}_{2}}\sim {{c}_{1}}{{c}_{2}}$部分的轨道间距为$3L$,右侧${{c}_{1}}{{c}_{2}}\sim {{d}_{1}}{{d}_{2}}$部分的轨道间距为$L$,两部分轨道通过导线连通。整个区域存在竖直向下的匀强磁场(图中未画出),磁感应强度大小$B=0.1\;\rm \text{T}$。质量$m=0.1\;\rm {kg}$的金属棒和质量$\mathrm{M}=0.2 \;\rm {kg}$的金属棒$Q$垂直于导轨分别静止放置在左、右两侧轨道上。现给金属棒$P$一大小为${{v}_{0}}=2\;\rm \text{m}/\text{s}$、方向沿轨道向右的初速度,已知两金属棒接入电路的有效电阻均为$R=0.2\;\rm \Omega$,轨道电阻不计,$L=0.2\;\rm \text{m}$,两金属棒在运动过程中始终相互平行且与导轨保持良好接触,棒总在宽轨上运动,$Q$棒总在窄轨上运动。下列说法正确的是$(\qquad)$

["

整个过程金属棒$P$$Q$动量守恒

","

金属棒$P$匀速运动的速度大小为$\\dfrac{2}{19}{\\;\\rm m/s}$

","

整个过程通过金属棒$Q$某横截面的电荷量为$\\dfrac{60}{19}{\\;\\rm C}$

","

整个运动过程金属棒、$Q$扫过的面积之差为$\\dfrac{120}{19}{{\\;\\rm {m}}^{2}}$

"]
[["BC"]]

$\rm A$.因为$P$$Q$受到的安培力大小不相等,合力不为零,所以整个过程金属棒$P$$Q$动量不守恒,$\rm A$错误;

$\rm B$.选取水平向右为正方向,对$P$$Q$分别应用动量定理,对$P$$-{{F}_{P安}}\cdot t=m{{v}_{{P}}}-m{{v}_{0}}$

$Q$${{F}_{Q安}}\cdot t=M{{v}_{Q}}$

其中${{F}_{{P安}}}=3{{F}_{{Q安}}}$

整理得$m{{v}_{0}}-m{{v}_{{P}}}=3M{{v}_{{Q}}}$

两棒最后匀速时,电路中无电流,此时回路总电动势为零,必有$3BL{v}_{P}=BL{v}_{Q}$

${{v}_{{Q}}}=3{{v}_{{P}}}$

联立解得${{v}_{{P}}}=\dfrac{2}{19}\;\rm {m/s}$$\rm B$正确;

$\rm C$.在$Q$加速过程中根据动量定理有$\sum BiL\Delta t=M{{v}_{{Q}}}-0$

又电荷量$Q=\sum i\Delta t$

解得$q=\dfrac{60}{19}{\;\rm C}$$\rm C$正确;

$\rm D$.根据$q=\dfrac{\Delta \Phi }{2R}=\dfrac{B\Delta S}{2R}$

代入数据解得$\Delta S=\dfrac{240}{19}{{\;\rm {m}}^{2}}$$\rm D$错误。

故选:$\rm B$

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如图,足够长的平行光滑金属导轨固定在水平桌面上,间距,处在磁感应强度、竖直向上的匀强磁场中。质量、电阻的导体棒长度与导轨间距相等,垂直导轨放置。质量、电阻的导体棒与等长,垂直导轨静止在的右侧某一位置处。现使以初速度向右运动,、未发生碰撞。导体棒和导轨接触良好,导轨电阻不计。求: 如图所示,水平面内固定一间距、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、磁感应强度大小的匀强磁场中。两根相距很远且长度也为的细直金属杆、静置于导轨上,与导轨垂直并接触良好,、质量均为、电阻均为。时刻,给一水平向右、大小的初速度,第末的速度大小为,第内的位移为。不计空气阻力,则 如图,两根光滑平行金属导轨固定在绝缘水平面上,左、右两侧导轨间距分别为和,处于竖直向上的磁场中,磁感应强度大小分别为和。两导体棒、垂直放置在导轨上,已知导体棒的电阻为、长度为、质量为,导体棒的电阻为、长度为,质量为。时刻,用水平恒力向右拉动,此后运动了足够长时间,运动过程中,两导体棒均未脱离原宽度处的导轨且与导轨保持良好接触。已知导轨足够长且电阻不计,从时刻到时刻的过程中,下列说法正确的是 如图所示,两条相距为的光滑平行金属导轨固定在同一水平面内,空间内有方向竖直向下、磁感应强度大小为的匀强磁场。两根质量均为、电阻均为的导体棒、垂直放置于金属导轨不同位置,保持与导轨良好接触。某时刻给一个水平向右的初速度,此后过程中两导体棒不发生碰撞,则从该时刻起到两导体棒达到稳定状态的过程中 如图甲所示,粗细均匀的无限长光滑平行导轨固定在倾角的斜面上,在边界下方区域存在垂直导轨平面向下的匀强磁场,有两根相同金属棒、分别从磁场边界上方位置和边界位置同时由静止释放,棒运动的图像如图乙所示,其中、段为曲线,其它段为直线。已知磁感应强度,导轨间距,导体棒的质量均为,导体棒电阻均为,导轨电阻不计,取。求: 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、;空间存在竖直向上的匀强磁场,磁感应强度大小为,质量分别为、的导体杆、均垂直导轨放置,接入电路的电阻分别为、,导轨电阻忽略不计;、两杆同时分别以、的初速度向右运动,总在左边窄导轨上运动,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
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