Question

5．如圖所示，U形光滑金屬框架豎直放置，bc水平，ab、cd豎直且足夠長，b、c間有一定值電阻R，其他電阻均可忽略，ef是一電阻不計，質量為m的導體棒，導體棒始終垂直框架并與框架保持良好接觸，整個裝置處于垂直框架所在平面的勻強磁場中．已知重力加速度為g．當導體棒ef由靜止下滑一段時間后，閉合開關S，則開關S閉合后（　�。�

• A． 導體棒ef的加速度一定小于g
• B． 導體棒ef的加速度可能大于g
• C． 導體棒ef最終速度跟開關S閉合的時刻無關
• D． 導體棒ef的機械能與回路中產(chǎn)生的內能之和一定守恒

Answer 1

分析 棒沿框架無摩擦下滑，先做自由落體運動，當閉合開關時，由于棒切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢，出現(xiàn)感應電流，導致棒受到安培力，根據(jù)安培力公式大小，可判定棒的合力，從而確定加速度大小與方向；當棒達到受力平衡時，處于最大速度．在整個過程中，只有重力與安培力做功，因此棒的機械能與電路中產(chǎn)生的電能之和是守恒的．

解答 解：A、當ef從靜止下滑一段時間后閉合S，ef將切割磁感線產(chǎn)生感應電流，受到豎直向上的安培力，若安培力大于2mg，則由牛頓第二定律得F_安-mg=ma，則ef的加速度大小可能大于g．若安培力小于2mg，則ef的加速度大小可能小于g．故A錯誤，B正確．
C、棒達到穩(wěn)定速度時一定做勻速運動，由mg=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{R}$，解得：v=$\frac{mgR}{{B}^{2}{L}^{2}}$，可見穩(wěn)定時速度v與開關閉合的時刻無關，故C正確；
D、在整個過程中，只有重力與安培力做功，因此ef的機械能與電路中產(chǎn)生的內能之和保持不變，故D正確；
故選：BCD．

點評 本題是電磁感應與力學知識的綜合，其橋梁是安培力，這類問題往往安培力的分析和計算是關鍵，要記牢安培力的經(jīng)驗公式F_安=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{R}$的正確應用．