选择题6.0分
物理

6.如图所示,ab、cd是固定在竖直平面内的足够长的金属框架。除bc段电阻为R,其余电阻均不计,ef是一条不计电阻的金属杆,杆两端与ab和cd接触良好且能无摩擦下滑,下滑时ef始终处于水平位置,整个装置处于垂直框面的匀强磁场中,ef从静止下滑,经过一段时间后闭合开关S,则在闭合S后,以下说法正确的是(    )

A

金属杆ef加速下滑时,有可能做匀变速运动

B

金属杆ef的加速度可能大于g

C

闭合S的时刻不同,金属杆ef最终匀速运动时电流的功率也不同

D

金属杆ef匀速下滑时,金属杆减少的重力势能等于电路消耗的电能

正确答案及相关解析

正确答案

BD

解析

答案有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全对的得3分,有选错的得0分。

设导轨间距为l,则闭合开关后ef做切割磁感线运动的速度为v时产生的感应电动势大小为E=Blv,感应电流I的方向由右手定则可知为ef,受到的安培力,方向竖直向上。对ef受力分析可得mg-F=ma,得到,所以,若闭合开关时安培力小于重力,ef做加速度减小,速度增大的变加速运动;当闭合开关时安培力等于重力,则ef一直做匀速直线运动;而闭合开关时若安培力大于重力,则ef做加速度减小,速度减小的变速运动,最终达到安培力与重力平衡而匀速运动,至于ef的最大加速度则取决于闭合开关的时刻,有可能闭合开关时安培力的大小大于2mg而导致加速度大小大于g

综上分析可知,金属杆ef下滑的过程中可能做的运动为变加速运动或者是匀速运动,而不会是加速度不变的匀变速运动,故A选项错误,B选项正确,然而ef杆最终的运动状态均为与重力平衡时的匀速运动,其速度、感应电流和感应电动势的大小都是相同的,故而匀速运动时电流的功率也是一样的,所以C选项错误。当ef所受安培力与重力相等时,由能量守恒定律可知,ef杆减少的重力势能会完全转化为电阻R的热量,而动能不变,故D选项正确。

考查方向

法拉第电磁感应定律与力学问题、能量问题的综合运用。

解题思路

ef的运动得到感应电动势E,继而求出感应电流I,再根据牛顿运动定律得出加速度a,最后再根据能量守恒定律得出结论。

易错点

对“电源”ef受力分析不准确造成无法得到准确的运动情况和能量关系。

知识点

牛顿第二定律 通电直导线在磁场中受到的力 感生电动势、动生电动势