足够长U 形导轨平置在光滑水平绝缘桌面上,宽为1m,电阻不…——2023 高考物理第 12 题答案解析

2023_省自主命题(山东)

2023 山东 第 12 题 多选题 区分题
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12. 足够长U 形导轨平置在光滑水平绝缘桌面上,宽为1m,电阻不计。质量为1kg、长为1m、电阻为1W的导体棒MN放置在导轨上,与导轨形成矩形回路并始终接触良好,I 和Ⅱ区域内分别存在竖直方向的匀强磁场,磁感应强度分别为 $B _ { 1 }$ 和 $B _ { 2 }$ ,其中 $B _ { 1 } = 2 \mathrm { T }$ ,方向向下。用不可伸长的轻绳跨过固定轻滑轮将导轨 CD 段中点与质量为0 1kg . 的重物相连,绳与 CD 垂直且平行于桌面。如图所示,某时刻 MN、CD 同时分别进入磁场区域I 和Ⅱ并做匀速直线运动,MN、CD 与磁场边界平行。MN的速度 $\nu _ { 1 } = 2 \mathrm { m } / \mathrm { s }$ ,CD 的速度为 $\nu _ { 2 }$ 且 $\nu _ { 2 } > \nu _ { 1 }$ ,MN和导轨间的动摩擦因数为0.2。重力加速度大小取 $1 0 \mathrm { m } / \mathrm { s } ^ { 2 }$ ,下列说法正确的是( )

A. $B _ { 2 }$ 的方向向上
B. $B _ { 2 }$ 的方向向下
C. $\nu _ { 2 } = 5 \mathrm { m } / \mathrm { s }$
D. $\nu _ { 2 } = 3 \mathrm { m } / \mathrm { s }$
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BD

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【答案】BD

【解析】

【详解】AB.导轨的速度 $\nu _ { 2 } > \nu _ { 1 }$ ,因此对导体棒受力分析可知导体棒受到向右的摩擦力以及向左的安培力,摩擦力大小为

$$ f = \mu m g = 2 \mathrm{N} $$

导体棒的安培力大小为

$$ F _ {1} = f = 2 \mathrm{N} $$

由左手定则可知导体棒的电流方向为 $N M D C N$ ,导体框受到向左的摩擦力,向右的拉力和向右的安培力,安培力大小为

$$ F _ {2} = f - m _ {0} g = 1 \mathrm{N} $$

由左手定则可知 $B _ { 2 }$ 的方向为垂直直面向里,A 错误B正确;

CD.对导体棒分析

$$ F _ {1} = B _ {1} I L $$

对导体框分析

$$ F _ {2} = B _ {2} I L $$

电路中的电流为

$$ I = \frac {B _ {1} L v _ {1} - B _ {2} L v _ {2}}{r} $$

联立解得

$$ v _ {2} = 3 \mathrm{m/s} $$

C 错误 D 正确;

故选 BD。

三、非选择题:本题共 6小题,共 60分。

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