| 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,水平面内固定有两根平行的光滑长直金属导轨,导轨间距为$l$,电阻不计。整个装置处于两个磁感应强度大小均为$B$、方向相反的竖直方向匀强磁场中,虚线为两磁场的分界线,质量为$m$、导轨间电阻为$R$的导体棒$MN$和质量为$2m$、导轨间电阻为$2R$的导体棒$PQ$静置于图示的导轨上(两棒始终与导轨垂直且接触良好)。现使$MN$棒获得一个大小为$v_{0}$、方向水平向左的初速度,则在此后的整个运动过程中$(\qquad)$

["

两棒受到的安培力冲量大小相等方向相反

","

两棒最终的速度大小均为$\\dfrac{v_{0}}{3}$

","

$MN$棒产生的焦耳热为$\\dfrac{mv_{0}^{2}}{4}$

","

$MN$棒克服安培力做功的功率等于安培力对$PQ$棒做功的功率与两棒总发热功率之和

"]
[["BD"]]

$\rm A$.根据右手定则可知,从上往下看。感应电流方向为逆时针,根据左手定则可知,两棒受到的安培力方向均为水平向右,大小相等,即两棒受到的安培力冲量大小相等方向相同,$\rm A$错误;

$\rm B$.根据上述可知,$MN$向左做减速运动,$PQ$向右做加速运动,当速度大小相等时,根据右手定则可知,回路总电动势为$0$,感应电流为$0$,此后两棒做匀速直线运动,对$MN$棒有$-B\overline{I}l\Delta t=mv_{1}-mv_{0}$

$PQ$棒有$B\overline{I}l\Delta t=2mv_{1}$

解得$v_{1}=\dfrac{v_{0}}{3}$

$\rm B$正确;

$\rm C$.根据上述,回路产生的总焦耳热为$Q=\dfrac{1}{2}mv_{0}^{2}-\dfrac{1}{2}mv_{1}^{2}-\dfrac{1}{2} \times 2mv_{1}^{2}$

$MN$棒产生的焦耳热为$Q_{MN}=\dfrac{1}{3}Q$

解得$Q_{MN}=\dfrac{mv_{0}^{2}}{9}$

$\rm C$错误;

$\rm D$.根据功能关系可知,上述过程中,安培力对$MN$棒做负功,将$MN$棒的动能转化为电能,安培力对$PQ$棒做正功,将一部分电能转化为动能,电流通过电阻,一部分电能又转化为焦耳热,可知$MN$棒克服安培力做功的功率等于安培力对$PQ$棒做功的功率与两棒总发热功率之和,$\rm D$正确。

故选:$\rm BD$

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