高中 | 闭合电路的欧姆定律基本问题 题目答案及解析

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选修3-1

第二章 恒定电流

2.7 闭合电路的欧姆定律

闭合电路的欧姆定律基本问题

如图,足够长的“$\lt $”形光滑金属框架$EOF$固定在水平面内,金属框架所在空间分布有范围足够大、方向竖直向上的匀强磁场。$t = 0$时刻,一足够长导体棒$MN$在水平拉力$F$作用下,以速度$v$沿金属框架角平分线从$O$点开始向右匀速运动,已知金属框架和导体棒单位长度的电阻相等。下列关于整个回路的电动势$e、$电流$i$,拉力$F$、拉力$F$的功率$P$随时间变化的图像正确的是$(\qquad)$

["

","

","

","

"]
[["BD"]]

$\rm A$.设三角形框架的顶角为$\theta$,导体棒匀速运动的速度为$v$,单位长度的电阻为$R$,当运动时间为$t$时,导体棒的位移为

$x=vt$

则连入电路的导体的长度为$l = 2x\tan\dfrac{\theta}{2} = 2vt\tan\dfrac{\theta}{2}$

连入电路的框架的长度为$l^{'} = \dfrac{2x}{\cos\dfrac{\theta}{2}} = \dfrac{2v}{\cos\dfrac{\theta}{2}}t$

则回路中的电动势为$e = Blv = 2Bv^{2}\tan\dfrac{\theta}{2} \cdot t$

$\rm A$错误;

$\rm B$.电流为$I = \dfrac{E}{R_{总}} = \dfrac{B \cdot 2vt\tan\dfrac{\theta}{2} \cdot v}{\left( 2vt\tan\dfrac{\theta}{2} + \dfrac{2v}{\cos\dfrac{\theta}{2}}t \right)R} = \dfrac{Bv\tan\dfrac{\theta}{2}}{\left( \tan\dfrac{\theta}{2} + \dfrac{1}{\cos\dfrac{\theta}{2}} \right)R}$

可知电流为一定值,故$\rm B$正确;

$\rm C$.因导体棒做匀速运动,则外力$F$与安培力平衡,则有$F = BIl = \dfrac{2B^{2}v^{2}\tan^{2}\dfrac{\theta}{2}}{\left( \tan\dfrac{\theta}{2} + \dfrac{1}{\cos\dfrac{\theta}{2}} \right)R}t$

$\rm C$错误;

$\rm D$.拉力$F$的功率$P = Fv = \dfrac{2B^{2}v^{3}\tan^{2}\dfrac{\theta}{2}}{\left( \tan\dfrac{\theta}{2} + \dfrac{1}{\cos\dfrac{\theta}{2}} \right)R}t$

$\rm D$正确。

故选:$\rm BD$

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