选择题6.0分
理综

18.如图,由某种粗细均匀的总电阻为3R的金属条制成的矩形线框abcd,固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场B中。一接入电路电阻为R的导体棒PQ,在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v匀速滑动,滑动过程PQ始终与ab垂直,且与线框接触良好,不计摩擦。在PQ从靠近ad处向bc滑动的过程中(  )

A

PQ中电流先增大后减小

B

PQ两端电压先减小后增大

C

PQ上拉力的功率先减小后增大

D

线框消耗的电功率先减小后增大

正确答案及相关解析

正确答案

C

解析

A.设PQ左侧金属线框的电阻为r,则右侧电阻为;PQ相当于电源,其电阻为R,则电路的外电阻为,当时,,此时PQ处于矩形线框的中心位置,即PQ从靠近ad处向bc滑动的过程中外电阻先增大后减小。PQ中的电流为干路电流,可知干路电流先减小后增大,故A错误;

B.PQ两端的电压为路端电压,因不变,先减小后增大,所以路端电压先增大后减小,故B错误;

C.拉力的功率大小等于安培力的功率大小,可知因干路电流先减小后增大,PQ上拉力的功率也先减小后增大,故C正确;

D.线框消耗的电功率即为外电阻消耗的功率,因外电阻最大值为,小于内阻R;根据电源的输出功率与外电阻大小的变化关系,外电阻越接近内阻时,输出功率越大,可知线框消耗的电功率先增大后减小,故D错误;故本题选C

考查方向

导体切割磁感线时的感应电动势;电磁感应中的能量转化

解题思路

设PQ左侧金属线框的电阻为r,则右侧电阻为;PQ相当于电源,其电阻为R,计算电路的外电阻,由表达式分析可知,当PQ从左端滑到ab中点的过程和从ab中点滑到右端的过程,抓住PQ产生感应电动势不变.外电路总电阻先增大后减小,由欧姆定律分析PQ两端的电压如何变化;

由题意,PQ上外力的功率等于电功率,由,分析功率的变化;线框消耗的电功率即为外电阻消耗的功率,因外电阻最大值为,小于内阻R;根据电源的输出功率与外电阻大小的变化关系,确定线框消耗的电功率的变化情况;

易错点

本题一要分析清楚线框总电阻如何变化,抓住PQ位于ad中点时线框总电阻最大,分析电压的变化和电流的变化;二要根据推论:外电阻等于电源的内阻时电源的输出功率最大,分析功率的变化.