问一道物理电磁学选择题

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/06/03 12:14:18
如图所示,一光滑水平金属轨道平面与水平面成θ角,两导轨上端有一电阻R,该装置处于匀强磁场B中,磁场方向垂直轨道平面向上。质量为m的金属杆ab,以初速度v0从轨道底端向上滑行,滑行到某一高度h后又返回底端。若运动过程中,金属杆保持与导轨垂直且接触良好,并不计金属杆ab的电阻及空气阻力,则( )

选项:A. 上滑过程中安培力的冲量比下滑过程大。
B. 上滑过程通过电阻R的电量比下滑过程多。
C. 上滑过程通过电阻R产生的热量比下滑过程多。
D. 上滑过程的时间比下滑过程长。

补充说明:这道题正确答案选择 C.项,但我不知道其余各个选项为什么该排除,需要详细的解答过程(定量计算也可以)。

做题之前先来热热身吧!!
上滑过程:
棒受三个力,重力、安培力(沿斜面方向斜向下)和支持力,将重力分解,
合力 F合=mgsinθ+F安,合力沿斜面向下。
这里安培力是个变力,F安=(BL)^2v/R(需要推导过程吗?F安=BIL,I=ε/R,ε=BLv,依次代入即可。)安培力随着速度的减小而减小,所以上滑过程作的变减速运动。

下滑过程:
棒受三个力,重力、安培力(沿斜面方向斜向上)和支持力,将重力分解,注意安培力已经反向。
合力 F合=mgsinθ-F安,合力沿斜面向下。
这里安培力也是个变力,它随着速度的增大而增大,所以下滑过程先作变加速运动。当速度增大到使安培力与重力沿斜面的分力相等时,二力平衡,开始作匀速运动,直到底端(也有可能还没到匀速过程就已达底端)。

选项B
电量q=It=(ε/R)t=(△Φ/t)*t/R=△Φ/R=BS/R
可知上滑和下滑过程,R上通过的电量是一样的。
选项A
安培力的冲量=F安*t= BILt=BLq
上滑和下滑过程,电量一样,可知安培力的冲量也一样。
选项D
设Q为往返过程R上消耗的总电能,即电阻上产生的总热量,V为返回原地时的速度。
从开始到返回原地,全过程由能量守恒
0.5mVo^2=0.5mV^2+Q
可见Vo>V,所以上滑过程的平均速度>下滑过程的平均速度。
所以上滑过程的时间<下滑过程的时间。
选项C
电阻上产生的热量=εIt=εq=(△Φ/t)q= BSq/t
上滑和下滑过程,电量一样,时间不一样。所以……

A,安培力的冲量=BILt=BLIt=BLQ

安培力的冲量与电量有关即AB是同样的道理,Q=Et/R=磁通量的变化/R=BS/R
上升与下降通过电阻R的电量是一样的多,安培力的冲量也一样的多。故AB均错

D,上升与下降通过的位移一样,但上升的平均速度大,下降的平均速度小,上滑过程的时间比下滑过程小

首先D必错,因为同样位移,上划的平均速度比下划的平均速度大