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自主招生物理题目:两光滑平行导轨水平放置在匀强磁场……
2012.02.27 19:22

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这是一道自主招生物理备考题目,涉及复杂受力与运动分析(不涉及微积分),在此做一个详细的解析。题目:

两光滑平行导轨水平放置在匀强磁场中,磁场垂直导轨所在平面,金属棒ab可沿导轨自由滑动,导轨一端跨接一个定值电阻R,导轨电阻不计,现将金属棒沿导轨由静止向右拉。若保持拉力恒定,经时间t1后速度为v,加速度为a1,最终以速度2v做匀速运动;若保持拉力的功率恒定,经时间t2后速度为v,加速度为a2,最终也以速度2v做匀速运动,则:
A.t2 = t1         B.t2<t1
C.a2 =2a1      D.a2= 3a1

解析:受力分析很简答,金属棒在水平方向上仅受安培力和外界拉力的作用

(1)我们先来分析第一种情况的运动

当恒定拉力时金属棒最终以2v做匀速运动

有公式F=F安;即:F=B^2*l^2*2v/R;简单起见,不妨规定此时的F=2f0=B^2*l^2*v/R;注意,此时F安与最终匀速对应;

故当t1时刻的时候,有ma1=F-F安=f0;(*)

注意,上式中的F安与t1时刻对应的;

(2)我们来分析第二种情况的运动,王尚提醒大家两种运动都不是匀变速直线运动

当恒定功率时金属棒最终以2v做匀速运动

P/2v=F安

因此P=4f0*v

在t2时,功率对应的F=P/v=4f0;

因此,ma2=F-F安=3f0;与上面(1)中情况分析得到的(*)式相比,自然有a2=3a1;

(3)我们最后再来分析t的问题

答案是t2>t1;至于为什么,我们不妨想一想,汽车是以恒定加速度达到某一速度快,还是以额定功率达到某一速度快呢?显然是额定功率快。而且本题的额定功率与恒定加速度对于的最终速度是一致的。看明白了吗?不行就去翻翻课本中关于功与功率的介绍,汽车启动的问题,课本(必修2第56页)上讲得很明白。

最后,本题的答案是:B、D;这是一道非常典型的电磁学题目,不仅仅适用于自主招生物理题目备考练习,也值得任何一位高考生去好好探究。

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