如图所示,ABCD为固定的水平光滑矩形金属导轨,AB间距离为L,左右两端均接有阻值为R的电阻,处在方向竖直向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场中,质量为m、长为L的导体棒MN放

◎ 题目

如图所示,ABCD为固定的水平光滑矩形金属导轨,AB间距离为L,左右两端均接有阻值为R的电阻,处在方向竖直向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场中,质量为m、长为L的导体棒MN放在导轨上,甲、乙两根相同的轻质弹簧一端均与MN棒中点固定连接,另一端均被固定,MN棒始终与导轨垂直并保持良好接触,导轨与MN棒的电阻均忽略不计.初始时刻,两弹簧恰好处于自然长度,MN棒具有水平向左的初速度v0,经过一段时间,MN棒第一次运动至最右端,这一过程中AB间电阻R上产生的焦耳热为Q,则(   )
A.初始时刻棒受到安培力大小为
B.从初始时刻至棒第一次到达最左端的过程中,整个回路产生焦耳热小于
C.当棒再次回到初始位置时,AB间电阻R的功率小于
D.当棒第一次到达最右端时,甲弹簧具有的弹性势能为mv20-Q

◎ 答案

ACD

◎ 解析


试题分析:初始时刻棒受到的力的作用,应该考虑到初始时刻弹簧没有形变,此时棒受力应为安培力,棒产生的感应电动势为E=BLv0,整个回路由棒以及两个并联的阻值为R的电阻组成,所以电流为,则安培力为,所以A正确;B项不能定量计算,但是可以通过定性分析得出将棒向左开始运动运动到最右端分为3个过程,过程一,从初始位置到最左端,过程二,从最左端回到初始位置,过程三,从初始位置到最右端,在整个过程中,不断有动能转化成焦耳热,所以动能不断减小,速度也就不断减小,所以第一个过程产生的焦耳热应该大于整个过程产生的焦耳热的,而整个过程中AB间电阻和CD间电阻产生焦耳热一样多,总量为2Q,所以,第一个过程产生的焦耳热Q1,故B错误;C中由于动能减少,再回到初始位置时的速度应小于开始运动的初速度,所以此时AB间电阻的功率P<P0,所以C正确;D项用能量的观点来说明,当棒到达最右端时,所有的动能都转化成了焦耳热和弹簧的弹性势能,整个回路产生的焦耳热为2Q,又由两根弹簧形变量相同,能量在转化过程中总量守恒,所以甲弹簧的弹性势能为Ep=mv20-Q,故D正确,所以该题答案为ACD。

◎ 知识点

    专家分析,试题“如图所示,ABCD为固定的水平光滑矩形金属导轨,AB间距离为L,左右两端均接有阻值为R的电阻,处在方向竖直向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场中,质量为m、长为L的导体棒MN放…”主要考查了你对  【电磁感应现象的综合应用】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。

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