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如图7-4(1)所示,水平放置的导线框处在匀强磁场中,导轨上有一可移动的导杆A,给导杆一初速度,令其向右运动.在完全相同的情况下,把电阻R换成电容C,可移动导杆称为B,如图7-4(2)所示.这两种情况均不计摩擦阻力,经过短暂时间后,( )
A.A、B均可保持一定的速度
B.A可保持一定的速度,B的速度将逐渐减小
C.A的速度将逐渐减小,B可保持一定的速度
D.A、B的速度均将逐渐减小
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参考解答
正确答案:C
【解题指要】本题是力学、电学的综合试题,考查的知识点有:电磁感应、磁场力、右手定则、左手定则、牛顿定律.在图7-4(1)的情形下,导杆A、导轨和电阻R形成了闭合电路.当A以初速度v运动时,A切割磁感应线,A上有感应电动势,闭合电路中有感应电流I.通电流I的导杆A受磁场力的作用,根据右手定则可以确定A中的电流由下向上流动,再用左手定则可知A所受的磁场力Fm与v的方向相反,因此Fm是运动的阻力.根据牛顿第二定律知A将做减速运动,速度减小,排除A、B.在图7-4(2)的情形下,电容器C与导杆B不形成闭合电路.当B以初速度v开始运动时,B上有感应电动势,对电容器C充电,这是一个瞬间过程.C充电结束后,导杆B上无电流,B不受磁场力的作用,根据牛顿第一定律知B将保持匀速直线运动状态,故选C.必须指出,在图7-4(1)中A做减速运动,速度不断变小,最终将静止不动.在图7-4(2)中.B先做减速运动(电容器充电的暂短过程),然后以一定的速度做匀速运动.其实,用能量转换的观点来解本题是很方便的.在图7-4(1)的情形下,A最初具有动能mv2/2,它运动时闭合电路中有电流,电流对电阻R做功,电流的功转变为R上的焦耳热.因此整个过程是通过电流做功的方式把A的动能转变为R上的热能.因此A的动能将不断地减小,速度v将减小.最后,A的动能全部变为R上的热能,A将静止不动.在图7-4(2)的情形下,当电容器充电时,B的一部分动能转变为电容器C中储藏的电能.因此在充电的暂短过程中,B的动能减小,B做减速运动;充电结束后C中的电能不再变化,B的动能也不再变化,B做匀速运动.在B做匀速运动时,它两端的感应电动势等于电容器C上的电压.
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