光滑平行导轨水平放置,导轨左端通过开关S与内阻不计、电动势为E的电源相连,一根质量为m的导体棒ab,用长为l的...
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光滑平行导轨水平放置,导轨左端通过开关S与内阻不计、电动势为E的电源相连,一根质量为m的导体棒ab,用长为l的绝缘细线悬挂,悬线竖直时导体棒恰好与导轨良好接触且细线处于张紧状态,如图所示,系统空间有匀强磁场.当闭合开关S时,导体棒被向右摆出,摆到最大高度时,细线与竖直方向成角,则( )
A.磁场方向一定竖直向下
B.磁场方向竖直向下时,磁感应强度最小
C.导体棒离开导轨前通过棒的电量为
D.导体棒离开导轨前电源提供的电能大于mgl(1 – cos)
【回答】
【*】 BD
【解析】 当开关S闭合时,导体棒向右摆起,说明其所受安培力水平向右或有水平向右的分量,但安培力若有竖直向上的分量,应小于导体棒所受重力,否则导体棒会向上跳起而不是向右摆,由左手定则可知,磁场方向斜向下或竖直向下都成立,A错;当满足导体棒“向右摆起”时,若磁场方向竖直向下,则安培力水平向右,在导体棒获得的水平冲量相同的条件下,所需安培力最小,因此磁感应强度也最小,B正确;设导体棒右摆初动能为Ek,摆动过程中机械能守恒,有Ek = mgl (1–cos),导体棒的动能是电流做功而获得的,若回路电阻不计,则电流所做的功全部转化为导体棒的动能,此时有W = IEt= qE = Ek,得W = mgl (1–cos),,题设条件有电源内阻不计而没有“其他电阻不计”的相关表述,因此其他电阻不可忽略,那么电流的功就大于mgl (1–cos),通过的电量也就大于,C错D正确.
【点评】安培力的冲量与通过导线的电量相关,“冲量→电量”、“做功→能量”是力电综合的二条重要思路。本题中由杆摆动方向判断所受安培力方向,进一步判断磁场的可能方向,一般会判断磁场方向竖直向下,而选项B既设置了一个小陷阱,同时又对磁场方向起到提示作用.当安培力与杆摆动初速度方向相同时安培力最小,磁感应强度B也最小;电量和能量的计算分别借助安培力的冲量和所做的功来进行,但试题没有表明电路电阻可以忽略,因此实际值都要大于计算值,这是试题的第二个陷阱.
知识点:专题六 电场和磁场
题型:选择题
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