解题思路:对m和ab杆整体,根据牛顿第二定律求解刚释放的瞬间金属杆的加速度;金属杆速度最大时,做匀速直线运动,根据平衡条件和安培力与速度的关系式,结合进行求解最大速度v;由功能关系求出电阻的最大热功率;根据系统的能量守恒求解回路产生的焦耳热,即可得到金属杆克服安培力做功.
A、刚释放的瞬间,回路中没有感应电流,金属杆不受安培力,对金属杆和物体m整体研究,根据牛顿第二定律得:
a=[mg/M+m]=[0.1×10/0.4+0.1]=2m/s2;故A错误.
B、金属杆速度最大时,做匀速直线运动,由mg=
B2L2v
R+r,
解得最大速度为:v=
mg(R+r)
B2L2=
0.1×10×(7.5+0.5)
22×12m/s=2m/s,故B正确.
C、金属杆的速度最大时,回路中的感应电流最大,为:I=[BLv/R+r]=[2×1×2/7.5+0.5]A=0.5A,
电阻R的最大热功率为:p=I2R=0.52×7.5W=1.875W,故C错误.
D、从静止开始运动到速度最大的过程中,对系统,根据能量守恒得:mgl=[1/2(M+m)v2+Q,
得:Q=mgl-
1
2(M+m)v2=0.1×10×1.8-
1
2]×(0.4+0.1)×22=0.8J,则
金属杆克服安培力做功为:W=Q=0.8J,故D正确.
故选:BD
点评:
本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;牛顿第二定律;电功、电功率;安培力.
考点点评: 本题是电磁感应与电路知识的综合,关键要掌握安培力与速度的关系式F=B2L2vR+r,这个表达式经常用到,要在理解的基础上最好记住.