高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十章 電磁感應(yīng) 突破全國(guó)卷9 突破訓(xùn)練 電磁感應(yīng)中的力學(xué)綜合問(wèn)題的求解 新人教版.doc

電磁感應(yīng)中的力學(xué)綜合問(wèn)題的求解【突破訓(xùn)練】1如圖所示，一對(duì)光滑的平行金屬導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi)，導(dǎo)軌間距l(xiāng)0.5 m，左端接有阻值r0.3 的電阻一質(zhì)量m0.1 kg，電阻r0.1 的金屬棒mn放置在導(dǎo)軌上，整個(gè)裝置置于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度b0.4 t金屬棒在水平向右的外力作用下，由靜止開(kāi)始以a2 m/s2的加速度做勻加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)金屬棒的位移x9 m時(shí)撤去外力，棒繼續(xù)運(yùn)動(dòng)一段距離后停下來(lái)，已知撤去外力前后回路中產(chǎn)生的焦耳熱之比q1q221.導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)且電阻不計(jì)，金屬棒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸求：(1)金屬棒在勻加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)電阻r的電荷量q；(2)撤去外力后回路中產(chǎn)生的焦耳熱q2；(3)外力做的功wf.解析：(1)設(shè)金屬棒勻加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t，回路的磁通量的變化量為，回路中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e，由法拉第電磁感應(yīng)定律得其中blx設(shè)回路中的平均電流為i，由閉合電路歐姆定律得則通過(guò)電阻r的電荷量為qt聯(lián)立式，得q代入數(shù)據(jù)得q4.5 c.(2)設(shè)撤去外力時(shí)金屬棒的速度為v，對(duì)于金屬棒的勻加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得v22ax設(shè)金屬棒在撤去外力后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中克服安培力所做的功為w，由動(dòng)能定理得w0mv2撤去外力后回路中產(chǎn)生的焦耳熱q2w聯(lián)立式，代入數(shù)據(jù)得q21.8 j(3)由題意知，撤去外力前后回路中產(chǎn)生的焦耳熱之比q1q221，可得q13.6 j在金屬棒運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中，外力f克服安培力做功，由功能關(guān)系可知wfq1q2由式得wf5.4 j.答案：(1)4.5 c(2)1.8 j(3)5.4 j2(2018石家莊質(zhì)檢)如圖甲所示，兩根足夠長(zhǎng)的平行光滑金屬導(dǎo)軌mn、pq被固定在水平面上，導(dǎo)軌間距l(xiāng)0.6 m，兩導(dǎo)軌的左端用導(dǎo)線(xiàn)連接電阻r1及理想電壓表v，電阻為r2 的金屬棒垂直于導(dǎo)軌靜止在ab處；右端用導(dǎo)線(xiàn)連接電阻r2，已知r12 ，r21 ，導(dǎo)軌及導(dǎo)線(xiàn)電阻均不計(jì)在矩形區(qū)域cdfe內(nèi)有豎直向上的磁場(chǎng)，ce0.2 m，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖乙所示開(kāi)始時(shí)電壓表有示數(shù)，當(dāng)電壓表示數(shù)變?yōu)榱愫螅瑢?duì)金屬棒施加一水平向右的恒力f，使金屬棒剛進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)電壓表的示數(shù)又變?yōu)樵瓉?lái)的值，金屬棒在磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中電壓表的示數(shù)始終保持不變求：(1)t0.1 s時(shí)電壓表的示數(shù)；(2)恒力f的大小；(3)從t0時(shí)刻到金屬棒運(yùn)動(dòng)出磁場(chǎng)的過(guò)程中整個(gè)電路產(chǎn)生的熱量解析：(1)設(shè)磁場(chǎng)寬度為dce，在00.2 s的時(shí)間內(nèi)，有eld0.6 v此時(shí)，r1與金屬棒并聯(lián)后再與r2串聯(lián)rr并r21 1 2 ur并0.3 v.(2)金屬棒進(jìn)入磁場(chǎng)后，r1與r2并聯(lián)后再與r串聯(lián)，有i0.45 afabil1.000.450.6 n0.27 n由于金屬棒進(jìn)入磁場(chǎng)后電壓表的示數(shù)始終不變，所以金屬棒做勻速運(yùn)動(dòng)，所以恒力f的大小ffa0.27 n.(3)在00.2 s的時(shí)間內(nèi)有qt0.036 j金屬棒進(jìn)入磁場(chǎng)后，有rr eir1.2 veblv，v2.0 m/st s0.1 sqeit0.054 jq總qq0.036 j0.054 j0.09 j.答案：(1)0.3 v(2)0.27 n(3)0.09 j3(2015高考天津卷)如圖所示，“凸”字形硬質(zhì)金屬線(xiàn)框質(zhì)量為m，相鄰各邊互相垂直，且處于同一豎直平面內(nèi)，ab邊長(zhǎng)為l，cd邊長(zhǎng)為2l，ab與cd平行，間距為2l.勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域的上下邊界均水平，磁場(chǎng)方向垂直于線(xiàn)框所在平面開(kāi)始時(shí)，cd邊到磁場(chǎng)上邊界的距離為2l，線(xiàn)框由靜止釋放，從cd邊進(jìn)入磁場(chǎng)直到ef、pq邊進(jìn)入磁場(chǎng)前，線(xiàn)框做勻速運(yùn)動(dòng)，在ef、pq邊離開(kāi)磁場(chǎng)后，ab邊離開(kāi)磁場(chǎng)之前，線(xiàn)框又做勻速運(yùn)動(dòng)線(xiàn)框完全穿過(guò)磁場(chǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的熱量為q.線(xiàn)框在下落過(guò)程中始終處于原豎直平面內(nèi)，且ab、cd邊保持水平，重力加速度為g.求：(1)線(xiàn)框ab邊將離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)做勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小是cd邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的幾倍；(2)磁場(chǎng)上下邊界間的距離h.解析：(1)設(shè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b，cd邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，線(xiàn)框做勻速運(yùn)動(dòng)的速度為v1，cd邊上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e1，由法拉第電磁感應(yīng)定律，有e12blv1設(shè)線(xiàn)框總電阻為r，此時(shí)線(xiàn)框中電流為i1，由閉合電路歐姆定律，有i1設(shè)此時(shí)線(xiàn)框所受安培力為f1，有f12i1lb由于線(xiàn)框做勻速運(yùn)動(dòng)，其受力平衡，有mgf1由式得v1設(shè)ab邊離開(kāi)磁場(chǎng)之前，線(xiàn)框做勻速運(yùn)動(dòng)的速度為v2，同理可得v2由式得v24v1.(2)線(xiàn)框自釋放直到cd邊進(jìn)入磁場(chǎng)前，由機(jī)械能守恒定律，有2mglmv線(xiàn)框完全穿過(guò)磁場(chǎng)的過(guò)程中，由能量守恒定律，有mg(2lh)mvmvq由式得h28l.答案：(1)4倍(2)28l4如圖所示，質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒ab，垂直放在相距為l的平行光滑金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為，并處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b、方向垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中左側(cè)是水平放置、間距為d的平行金屬板，r和rx分別表示定值電阻和滑動(dòng)變阻器的阻值，不計(jì)其他電阻(1)調(diào)節(jié)rxr，釋放導(dǎo)體棒，當(dāng)導(dǎo)體棒沿導(dǎo)軌勻速下滑時(shí)，求通過(guò)導(dǎo)體棒的電流i及導(dǎo)體棒的速率v.(2)改變r(jià)x，待導(dǎo)體棒沿導(dǎo)軌再次勻速下滑后，將質(zhì)量為m、帶電荷量為q的微粒水平射入金屬板間，若它能勻速通過(guò)，求此時(shí)的rx.解析：(1)對(duì)勻速下滑的導(dǎo)體棒進(jìn)行受力分析如圖所示導(dǎo)體棒所受安培力f安bil導(dǎo)體棒勻速下滑，所以f安mgsin 聯(lián)立式，解得i導(dǎo)體棒切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)eblv由閉合電路歐姆定律得i，且rxr，所以i聯(lián)立式，解得