C.下滑过程安培力做功
;
B.下滑过程电阻R消耗的最大功率为
;
A.下滑过程电阻R消耗的最大功率为
;
[例6]如图6相距为L的两光滑平行导轨,平行放置在倾角为θ的斜面上,导轨的右端接有电阻R(轨道电阻不计),斜面处在一匀强磁场B中,磁场方向垂直于斜面向上,质量为m,电阻为2R的金属棒ab放在导轨上,与导轨接触良好,由静止释放,下滑距离S后速度最大,则
解析:开始时ab棒在外力F作用下向右切割磁感线产生电磁感应,ab棒相当于电源,由右手定则,b端电势较低,a端电势高,形成由b→a→c→d→b逆时转电流。电流通过ab和cd棒,由左手定则,ab棒安培力向左,做负功,阻碍速度
增加;cd棒安培力向右,做正功,使cd棒动能增加速度
增大。外力除克服ab棒上安培力做功外,还要对cd棒做正功。故A对B错。由于外力和安培力的作用,开始时ab棒加速度大于cd棒,两者速度差增大,回路感应电动势
增大,感应电流增大,使ab加速度减小,cd加速度增大,当两棒加速度相等时速度差最大,回路感应电动势最大。以后ab和cd棒在外力F作用下以相同加速度运动,速度差恒定不可能共速,电动势恒定不会等于零,故D错。根据能量守恒整个过程外力做的功等于回路产生的总热量和系统的动能,C项正确。所以正确选项为A、C。
题后:电磁感应中的金属棒导轨问题,可以用力学中滑块A在滑板B上运动作为物理模型。滑板B与地面光滑接触,摩擦力分别对A、B做负功和正功,使部分机械能转化为内能,相当于双金属棒情景。若B固定于地面,则类似单金属棒。摩擦力做的总功等于系统内能增量,相当于安培力做功的情景。
A.安培力对cd做正功使它向右加速运动
B.外力F做的功等于克服ab棒上安培力的功
C.外力作的功等于回路产生的总热量和系统的动能
D.回路电动势先增后减两棒共速时为零
3. “双杆+导轨”模型
[例5]足够长的光滑金属导轨E F,P Q水平放置,质量为m电阻为R的相同金属棒ab,cd与导轨垂直且接触良好,磁感强度为B的匀强磁场垂直导轨平面向里如图5所示。
现用恒力F作用于ab棒上,使它向右运动。则
=1.28×102(W)
另外还可在S不规则变化上做文章,如金属棒旋转、导轨呈三角形等等.
(V)
(A)
(2)将右面的半圆环OL2O’以OO’为轴向上翻转90º后,圆环的有效面积为半圆.其中B随时间是均匀变化的,注意此时灯L1、L2是串联的.
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