如图所示,平行金属导轨与水平面成θ角,导轨和定值电阻R1和R2相连,匀强磁场垂直穿过导轨平面,有一质量为m的导体棒ab,电阻与固定电阻R1和R2阻值均相等,导体棒和导轨间的动摩擦因数为μ,给导体棒一个初速度,使之沿导轨向上滑动,当速度为v时,导体棒受到的安培力为F,此时( )A. 电阻R1消耗的电功率为Fv3B. 电阻R2消耗的电功率为Fv6C. 整个装置摩擦生热的功率为μmgvD. 整个装置消耗的机械功率为(F+μmgcosθ)v
问题描述:
如图所示,平行金属导轨与水平面成θ角,导轨和定值电阻R1和R2相连,匀强磁场垂直穿过导轨平面,有一质量为m的导体棒ab,电阻与固定电阻R1和R2阻值均相等,导体棒和导轨间的动摩擦因数为μ,给导体棒一个初速度,使之沿导轨向上滑动,当速度为v时,导体棒受到的安培力为F,此时( )
A. 电阻R1消耗的电功率为
Fv 3
B. 电阻R2消耗的电功率为
Fv 6
C. 整个装置摩擦生热的功率为μmgv
D. 整个装置消耗的机械功率为(F+μmgcosθ)v
答
A、设ab长度为L,磁感应强度为B,电阻R1=R2=R.电路中感应电动势E=BLv,ab中感应电流为:
I=
=E R+
R1 2
2BLv 3R
ab所受安培力为:F=BIL=
…①2B2L2v 3R
电阻R1消耗的热功率为:P1=(
I)2R=1 2
…②
B2L2v2
9R
由①②得:P1=
Fv1 6
电阻R1和R2阻值相等,它们消耗的电功率相等,则P1=P2=
Fv,故A错误,B正确.1 6
C、整个装置因摩擦而消耗的热功率为:Pf=fv=μmgcosα•v=μmgvcosα,故C错误;
D、整个装置消耗的机械功率为:P3=Fv+P2=(F+μmgcosα)v,故D正确.
故选:BD.
答案解析:电阻R1、R2并联与导体棒串联.由感应电动势公式E=BLv、欧姆定律、安培力公式,推导安培力与速度的关系式.由功率公式电阻的功率、热功率及机械功率.
考试点:导体切割磁感线时的感应电动势;电功、电功率.
知识点:解决本题是根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律推导出安培力与速度的表达式,结合功率公式和功能关系进行分析.