(多选)如图,两根相距1=0.8m、电阻不计的平行光滑金属导轨水平放置,一端与阻值R=0.3Ω的电阻相连.导轨x>0一侧存在沿x方向均匀增大的稳恒磁场,其方向与导轨平面垂直,变化率k=0.5T/m,x=0处磁场的磁感应强度B_0=0.5T.一根质量m-0.2 kg、电阻r=0.1Ω的金属棒置于导轨上,并与导轨垂直.棒在外力作用下从x=0处以初速度v_0=4m/s沿导轨向右运动,运动过程中电阻消耗的功率不变.则( )
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答案解析
分析:
由法拉第电磁感应定律与闭合电路欧姆定律相结合,来计算感应电流的大小;
由因棒切割产生感应电动势,及电阻的功率不变,即可求解;
分别求出x=0与x=2m处的安培力的大小,然后由安培力做功表达式,即可求解;
依据功能关系,及动能定理可求出外力在过程中的平均功率.
解答:
解:A、金属棒切割产生感应电动势为:E=B_0Lv_0=0.5×0.8×4=1.6V,
由闭合电路欧姆定律,电路中的电流为:I=$\frac {E}{R+r}$=$\frac {1.6}{0.3+0.1}$=4A,
由题意可知,在x=3m处,B=B_0+kx=0.5+0.5×3=2T,切割产生感应电动势,E=BLv,金属棒运动过程中电阻消耗的功率不变,则金属棒产生的感应电动势不变,电路电流不变,金属棒在x=3m处的速度:
v=$\frac {E}{BL}$=$\frac {1.6}{2×0.8}$=1m/s,故A正确;
B、当x=0m时有:F_0=B_0IL=0.5×4×0.8=1.6N,
x=3m时,有:F=BIL=2×4×0.8=6.4N,
金属棒从x=0运动到x=3m过程中安培力做功的大小,有:W=( F_0+F)$\frac {x}{2}$=(1.6+6.4)×$\frac {3}{2}$=12J,故B错误;
C、克服安培力做功转化为内能,有:W=EIt,解得:t=$\frac {W}{EI}$=$\frac {12}{1.6×4}$=1.875s,故C错误;
D、由动能定理:Pt-W=$\frac {1}{2}$mv_-$\frac {1}{2}$mv_0_,代入数据解得:P=5.6W,故D正确;
故选:AD.
点评:
考查法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、安培力的大小公式、做功表达式、动能定理等的规律的应用与理解,运动过程中电阻上消耗的功率不变,是本题解题的突破口