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高中 | 能量守恒定律题目答案及解析如下,仅供参考!
选修3-3
第十章 热力学定律
10.3 热力学第一定律 能量守恒定律
能量守恒定律
如图,光滑水平面上存在竖直向上、宽度$d$大于$2L$的匀强磁场,其磁感应强度大小为$B$。甲、乙两个合金导线框的质量均为$m$,长均为$2L$,宽均为$L$,电阻分别为$R$和$2R$。两线框在光滑水平面上以相同初速度$v_{0}=\dfrac{4B^{2}L^{3}}{mR}$并排进入磁场,忽略两线框之间的相互作用。则$(\qquad)$
甲线框进磁场和出磁场的过程中电流方向相同
","甲、乙线框刚进磁场区域时,所受合力大小之比为$1 : 1$
","乙线框恰好完全出磁场区域时,速度大小为$0$
","甲、乙线框从刚进磁场区域到完全出磁场区域产生的焦耳热之比为$4 : 3$
"]$\rm A$.根据楞次定律,甲线框进磁场的过程电流方向为顺时针,出磁场的过程中电流方向为逆时针,故$\rm A$错误;
$\rm B$.甲线框刚进磁场区域时,合力为$F_{安1}=BI_{1}L$,$I_{1}=\dfrac{BLv_{0}}{R}$
乙线框刚进磁场区域时,合力为$F_{安2}=BI_{2}L$,$I_{2}=\dfrac{BLv_{0}}{2R}$
可知$\dfrac{F_{安1}}{F_{安2}}\text{=2}$;故$\rm B$错误;
$\rm CD$.假设甲乙都能完全出磁场,对甲根据动量定理有$- B\overline{I_{1}}L\Delta t=mv_{1}-mv_{0}$,$q_{1}=\overline{I_{1}}\Delta t=\dfrac{\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t}}{R} \cdot \Delta t=\dfrac{\Delta\Phi}{R}=\dfrac{B \cdot 4L^{2}}{R}$
同理对乙有$- B\overline{I_{2}}L\Delta t'=mv_{2}-mv_{0}$,$q_{2}=\overline{I_{2}}\Delta t'=\dfrac{\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t'}}{2R} \cdot \Delta t'=\dfrac{\Delta\Phi}{2R}=\dfrac{B \cdot 4L^{2}}{2R}$
解得$v_{1}=0$,$v_{2}=\dfrac{1}{2}v_{0}=\dfrac{2B^{2}L^{3}}{mR}$
故甲恰好完全出磁场区域,乙完全出磁场区域时,速度大小不为$0$;由能量守恒可知甲、乙线框从刚进磁场区域到完全出磁场区域产生的焦耳热分别为$Q_{1}=\dfrac{1}{2}m{v_{0}}^{2}$,$Q_{2}=\dfrac{1}{2}m{v_{0}}^{2}-\dfrac{1}{2}m\left( \dfrac{v_{0}}{2} \right)^{2}=\dfrac{3}{8}m{v_{0}}^{2}$
即$\dfrac{Q_{1}}{Q_{2}}=\dfrac{4}{3}$;故$\rm C$错误,$\rm D$正确。
故选:$\rm D$。
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