如图,两光滑导轨水平放置在竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度…——2021 高考物理第 7 题答案解析

2021_省自主命题(河北)

2021 河北 第 7 题 单选题 区分题
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7. 如图,两光滑导轨水平放置在竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度大小为B,导轨间距最窄处为一狭缝,取狭缝所在处O 点为坐标原点,狭缝右侧两导轨与x轴夹角均为q,一电容为 C的电容器与导轨左端相连,导轨上的金属棒与x轴垂直,在外力F作用下从O 点开始以速度 v向右匀速运动,忽略所有电阻,下列说法正确的是(  )

A. 通过金属棒的电流为 $2 B C \nu ^ { 2 } \tan \theta$
B. 金属棒到达 $x _ { 0 }$ 时,电容器极板上的电荷量为 $B C \nu x _ { 0 }$ tanq
C. 金属棒运动过程中,电容器的上极板带负电
D. 金属棒运动过程中,外力F做功的功率恒定
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【详解】C.根据楞次定律可知电容器的上极板应带正电,C错误;

$$ L = 2 x \mathrm { t a n } \theta , \ x = \nu t $$

则产生的感应电动势为

$$ E = 2 B \nu ^ { 2 } t \mathrm { a n } \theta $$

由题图可知电容器直接与电源相连,则电容器的电荷量为$Q = C E = 2 B C \nu ^ { 2 } t \mathrm { t a n } \theta$

则流过导体棒的电流

$$ I = { \frac { \Delta Q } { \Delta t } } \ = 2 B C \nu ^ { 2 } \mathrm { t a n } \theta $$

A 正确;

B.当金属棒到达 $x _ { 0 }$ 处时,导体棒产生的感应电动势为

$$ E ^ { \prime } = 2 B \nu x _ { 0 } \mathrm { t a n } \theta $$

则电容器的电荷量为

$$ Q = C E ^ { \prime } = 2 B C \nu x _ { 0 } \mathrm { t a n } \theta $$

B 错误;

D.由于导体棒做匀速运动则

$$ \boldsymbol { F } = \boldsymbol { F } _ { ☉ } = B I \boldsymbol { L } $$

由选项A 可知流过导体棒的电流I恒定,但L 与t成正比,则F为变力,再根据力做功的功率公式

$$ P = F _ { \nu } $$

可看出F为变力,v不变则功率P随力F变化而变化;

D 错误;

故选 A。

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