Question

如图所示，一足够长的光滑平行金属轨道，轨道平面与水平面成θ角，上端与一电阻R相连，处于方向垂直轨道平面向上的匀强磁场中.质量为m、电阻为r的金属杆ab，从高为h处由静止释放，下滑一段时间后，金属杆开始以速度v匀速运动直到轨道的底端.金属杆始终保持与轨道垂直且接触良好，轨道的电阻及空气阻力均可忽略不计，重力加速度为g.则(　　)

A. 金属杆加速运动过程中的平均速度为

B. 金属杆加速运动过程中克服安培力做功的功率大于匀速运动过程中克服安培力做功的功率

C. 当金属杆的速度为时，它的加速度大小为

D. 整个运动过程中电阻R和金属杆上产生的焦耳热为mgh－

Answer

CD

【解析】若金属杆匀加速运动，则平均速度为 ．实际上金属杆加速运动中加速度不断减小，速度-时间图象的斜率不断减小，在相同时间内金属杆通过的位移大于匀加速运动通过的位移，则金属杆的平均速度大于匀加速运动的平均速度v．故A错误．金属杆克服安培力做功的功率等于 ，与速率v的平方成正比，由于匀速运动时速度最大，则知加速运动过程中金属杆克服安培力做功的功率小于匀速运动过程中克服安培力做功的功率．故B错误．匀速运动时，金属杆的速度大小为v，所受的安培力大小为，此时有mgsinθ=；当金属杆的速度为 v时，它所受的安培力大小为 ，根据牛顿第二定律得 ，联立解得 ．故C正确．整个运动过程中回路中产生的焦耳热为mgh−mv2，所以R上产生的热量小于mgh−mv2，故D正确．故选CD.

点睛：解决这类问题的关键时分析受力情况，掌握安培力的表达式FA=，进一步确定运动性质，并明确判断各个阶段及全过程的能量转化．