如图所示,两光滑平行导轨放置在匀强磁场中,磁场与导轨所在的平面垂直,金属棒ab可沿导轨*移动,导轨左端接一定值电阻R,金属棒和导轨的电阻不计.金属棒在平行于导轨的外力F作用下从静止开始沿导轨运动,若保持拉力恒定,经过时间tl后,速度为V,加速度为al,最终以2V做匀速运动;若保持拉力的功率恒定,经过时间t2后,速度变为V,加速度为a2,最终也以2V做匀速运动,则(  )A. tl=t2B. tl<t2C. a2=3alD. a2=4al

问题描述:

如图所示,两光滑平行导轨放置在匀强磁场中,磁场与导轨所在的平面垂直,金属棒ab可沿导轨*移动,导轨左端接一定值电阻R,金属棒和导轨的电阻不计.金属棒在平行于导轨的外力F作用下从静止开始沿导轨运动,若保持拉力恒定,经过时间tl后,速度为V,加速度为al,最终以2V做匀速运动;若保持拉力的功率恒定,经过时间t2后,速度变为V,加速度为a2,最终也以2V做匀速运动,则(  )
A. tl=t2
B. tl<t2
C. a2=3al
D. a2=4al

由于两种情况下,最后都是匀速运动故有:F=BIL =

2B2L2V
R
   ①
当拉力恒定时:F−
B2L2V
R
=ma1
   ②
由①②解得:a1
B2L2V
Rm

若保持拉力的功率恒定,设速度为V时,拉力为F1,则有:P=F1V=F2•2V,所以:F1
4B2L2
R

F1
B2L2
R
=ma2

解得:a2
3B2L2V
Rm
,所以有a2=3a1,故C正确,D错误;
当拉力的功率恒定时,随着速度增大,拉力逐渐减小,最后匀速运动时拉力最小,且最小值和第一种情况下拉力相等,因此最后都达到速度2V时,t1>t2,故AB错误.
故选C.
答案解析:分析清楚两种情况下的运动形式区别,然后根据牛顿第二定律和运动学规律求解,注意两种情况下导体棒最终匀速运动时所受拉力大小是相同的.
考试点:导体切割磁感线时的感应电动势;功率、平均功率和瞬时功率;电磁感应中的能量转化.
知识点:本题可以和机车启动的两种方式进行类比解答,只不过机车启动时阻力不变,而该题中阻力为安培力,是不断变化的.