Question

【題目】如圖所示，固定的豎直光滑U型金屬導(dǎo)軌，間距為L，上端接有阻值為R的電阻，處在方向水平且垂直于導(dǎo)軌平面、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，質(zhì)量為m、電阻為r的導(dǎo)體棒與勁度系數(shù)為k的固定輕彈簧相連放在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌的電阻忽略不計(jì)．初始時(shí)刻，彈簧處于伸長狀態(tài)，其伸長量為x1= ，此時(shí)導(dǎo)體棒具有豎直向上的初速度v0 ． 在沿導(dǎo)軌往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過程中，導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸．則下列說法正確的是（　　）

A.初始時(shí)刻導(dǎo)體棒受到的安培力大小F=
B.初始時(shí)刻導(dǎo)體棒加速度的大小a=2g+
C.導(dǎo)體棒往復(fù)運(yùn)動(dòng)，最終將靜止時(shí)彈簧處于壓縮狀態(tài)
D.導(dǎo)體棒開始運(yùn)動(dòng)直到最終靜止的過程中，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q= mv02+

Answer 1

【答案】B,C
【解析】解：A、導(dǎo)體棒的初速度為v0，初始時(shí)刻產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為E，由法拉第電磁感應(yīng)定律得：

E=BLv0

設(shè)初始時(shí)刻回路中產(chǎn)生的電流為I，由閉合電路的歐姆定律得：

I=

設(shè)初始時(shí)刻導(dǎo)體棒受到的安培力為F，由安培力公式得：F=BIL

聯(lián)立上式得，F(xiàn)= ．A不符合題意；

B、初始時(shí)刻，彈簧處于伸長狀態(tài)，棒受到重力、向下的安培力和彈簧的彈力，所以：ma=mg+kx+F

得：a=2g+ ．B符合題意；

C、從初始時(shí)刻到最終導(dǎo)體棒靜止的過程中，導(dǎo)體棒減少的機(jī)械能一部分轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能，另一部分通過克服安培力做功轉(zhuǎn)化為電路中的電能；當(dāng)導(dǎo)體棒靜止時(shí)，棒受到重力和彈簧的彈力，受力平衡，所以彈力的方向向上，此時(shí)導(dǎo)體棒的位置比初始時(shí)刻降低了，C符合題意；

D、導(dǎo)體棒直到最終靜止時(shí)，棒受到重力和彈簧的彈力，受力平衡，則：mg=kx2，得：x2= ．由于x1=x2，所以彈簧的彈性勢能不變，

由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律得：mg（x1+x2）+Ek=Q

解得系統(tǒng)產(chǎn)生的總熱量：Q= mv02+

可知R上產(chǎn)生的熱量要小于系統(tǒng)產(chǎn)生的總熱量．D不符合題意．

所以答案是：BC

【考點(diǎn)精析】解答此題的關(guān)鍵在于理解功能關(guān)系的相關(guān)知識(shí)，掌握當(dāng)只有重力（或彈簧彈力）做功時(shí)，物體的機(jī)械能守恒；重力對(duì)物體做的功等于物體重力勢能的減少:W G =E p1 -E p2；合外力對(duì)物體所做的功等于物體動(dòng)能的變化:W 合 =E k2 -E k1 （動(dòng)能定理）；除了重力（或彈簧彈力）之外的力對(duì)物體所做的功等于物體機(jī)械能的變化:W F =E 2 -E 1，以及對(duì)電磁感應(yīng)與力學(xué)的理解，了解用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動(dòng)勢的大小和方向；求回路中電流強(qiáng)度；分析研究導(dǎo)體受力情況（包含安培力，用左手定則確定其方向）；列動(dòng)力學(xué)方程或平衡方程求解．