问题 选择题

如图所示,平行金属导轨MN和PQ与水平面成θ角,导轨两端各与阻值均为R的固定电阻R1和R2相连,匀强磁场垂直穿过导轨平面.质量为m、电阻为R/2的导体棒以一定的初速度沿导轨向上滑动,在滑动过程中导体棒与金属导轨始终垂直并接触良好.已知t1时刻导体棒上滑的速度为v1,此时导体棒所受安培力的功率为P1;t2时刻导体棒上滑的速度为v2,此时电阻R2消耗的电功率为P2,忽略平行金属导轨MN和PQ的电阻且不计空气阻力.则(  )

A.t1时刻电阻R1的功率为P1/2

B.t2时刻导体棒的电功率为4P2

C.t2时刻导体棒受到的安培力为4P2/v2

D.t1~t2这段时间内整个回路产生的电热Q=

1
2m
v21
-
1
2
m
v22

答案

A:已知t1时刻导体棒上滑的速度为v1,此时电阻R1消耗的电功率为P1

此时电动势:E1=BLv1

流过金属棒的电流:I1=

E1
R+R
=
BLv1
R

金属棒受到的安培力:FA1=BI1L=

B2L2v1
R
   ①

此时电阻R1消耗的电功率为PR1PR1=(

I1
2
)2R1=
B2L2
v21
4R

导体棒上安培力的电功率:P1=FA1v1=

B2L2
v21
R

所以:PR1=

1
4
P1,故A错误.

B:t2时刻导体棒上滑的速度为v2,此时电阻R2消耗的电功率为P2

由于电阻R1与R2阻值相同,所以消耗功率相同,也为P2

由于P2=I2R,而此时通过金属棒的电流为2I,金属棒的电阻为

R
2
,所以金属棒消耗的电功率为:P=(2I)2
R
2
=2P2,故B错误;

C:则在t2时刻消耗的总功率为4P2,由于导体棒克服安培力做功就等于产生的电能,也等于消耗的总电能,故t2时刻导体棒克服安培力做功的功率为4P2FA2=

4P2
v2
故C正确.

D:在t1~t2这段时间内导体棒上升过程速度减小,减小的动能转化为金属棒产生的电能和金属棒的重力势能,所以这段时间内整个回路产生的电热小于导体棒动能的减小.故D错误.

故选:C

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