某一学习小组在研究电磁感应现象时,利用一根粗细均匀的金属丝弯成导轨abcd,=3,导体棒ef的电阻是bc段电阻的两倍,如图所示,匀强磁场垂直于导轨平面,当用平行于导轨的外力F将导体棒ef由靠近bc位置匀速向右移动时,则 ( )
A.导体棒ef两端的电压不变
B.导体棒ef中的电流变大
C.拉力F的瞬间功率变小
D.导轨abcd消耗的电功率一直变小
考点:导体切割磁感线时的感应电动势;电功、电功率.
专题:电磁感应与电路结合.
分析:导体棒ef向右切割磁感线产生感应电动势,相当于电源,ef两端的电压是外电压,根据法拉第电磁感应定律和欧姆定律列式分析ef两端电压的变化;由欧姆定律分析电流的变化.导体棒匀速运动时拉力F的功率等于回路中的电功率;abcd消耗的功率是电源的输出功率,根据电源的内外电阻越接近,电源的输出功率越大进行分析.
解答: 解:A、设ef的电阻为r,ebcf的电阻为R,ef长为L,速度为v,磁感应强度为B,则导体棒ef产生的感应电动势为:
E=BLv
ef两端的电压为:U=E,E、r不变,R变大,可知U变大.故A错误.
B、ef中的电流为:I=,E、r不变,R变大,I变小,故B错误.
C、导体棒匀速运动时拉力F的功率等于回路中的电功率,为P=,R增大,则P减小,故C正确.
D、abcd消耗的功率是电源ef的输出功率,根据条件:=3,ef的电阻是bc段电阻的两倍,可知ebcf的电阻先小于ef的电阻,再等于ef的电阻,后大于ef的电阻,所以导轨abcd消耗的电功率先增大后减小,故D错误.
故选:C.
点评:本题是电磁感应中电路问题,通过法拉第电磁感应定律和欧姆定律、功率公式列式,进行分析是解答的本题,要根据数学知识掌握电源的内外电阻相等时,电源的输出功率最大这个结论,这在电路动态分析中经常用到.
法拉第电磁感应定律:
导体切割磁感线的两个特例:
的区别与联系及选用原则:
电磁感应中动力学问题的解法:
电磁感应和力学问题的综合,其联系的桥梁是磁场对感应电流的安培力,因为感应电流与导体运动的加速度有相互制约的关系。
1.分析思路
(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向。
(2)求回路中的电流。
(3)分析研究导体受力情况(包含安培力,用左手定则确定其方向)。
(4)列动力学方程或平衡方程求解。
2.常见的动态分析这类问题中的导体一般不是做匀变速运动,而是经历一个动态变化过程再趋于一个稳定状态,故解这类问题时正确进行动态分析确定最终状态是解题的关键。同时也要抓好受力情况和运动情况的动态分析,研究顺序为:导体受力运动产生感应电动势一感应电流一通电导体受安培力一合外力变化一加速度变化一速度变化一周而复始地循环,循环结束时,加速度等于零.导体达到稳定运动状态。
电磁感应中的动力学临界问题:
(1)解决这类问题的关键是通过运动状态的分析,寻找过程中的临界状态,如速度、加速度求最大值或最小值的条件。
(2)基本思路:
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