專(zhuān)題12磁場(chǎng)力、新信息綜合題-決勝高考物理大題沖刺

1、奮斗沒(méi)皆終點(diǎn)任何時(shí)候都是個(gè)起點(diǎn)決勝高考物理大題沖刺12專(zhuān)題十二 磁場(chǎng)力、新信息綜合題1.（20分）（2014年4月浙江省金麗衢十二校2014屆高三第二次聯(lián)考）“電磁炮”是利用電磁力對(duì)彈體加 速的新型武器，具有速度快，效率高等優(yōu)點(diǎn)。如圖是“電磁炮”的原理結(jié)構(gòu)示意圖。光滑水平加速導(dǎo) 軌電阻不計(jì)，軌道寬為L(zhǎng)=0.2m。在導(dǎo)軌間有豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1X10。“電磁炮” 彈體總質(zhì)量m=0.2kg,其中彈體在軌道間的電阻R=0. 4。0可控電源的內(nèi)阻r=0.6Q,電源的電壓能自 行調(diào)節(jié)，以保證“電磁炮”勻加速發(fā)射。在某次試驗(yàn)發(fā)射時(shí)，電源為加速?gòu)楏w提供的電流是1 = 4X101, 不計(jì)空氣阻

2、力。求：（1）彈體所受安培力大?。唬?）彈體從靜止加速到4km/s,軌道至少要多長(zhǎng)？（3）彈體從靜止加速到4km/s過(guò)程中，該系統(tǒng)消耗的總能量：（4）請(qǐng)說(shuō)明電源的電壓如何自行調(diào)1限以保證“電磁炮”勻加速發(fā)射。奮斗沒(méi)皆終點(diǎn)任何時(shí)候都是個(gè)起點(diǎn)【參照答案】(1) 8X104No(2) 20m 1.76X10,(4)電壓增大【名師解析】(1)由安培力公式 F=BIL-8X104No由動(dòng)能定理，所2, 2彈體從靜止加速到4km 軌道長(zhǎng)度x=7=20mo2F(3)由F=ma, v=at解得發(fā)射彈體需要時(shí)間t=lX 10-s.發(fā)射鹿體過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱Q=I2(Rr)t=1.6X 10;Jo彈體動(dòng)能-刑聲=

3、1.6 乂 10。J。2系統(tǒng)消耗總能量E=&F=1.76 X10。J。(4)由于彈體的速度熠大，彈體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電源的電壓增大，抵消產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì), 以保證電源為加速?gòu)楏w提供恒定的電流，使電磁炮勻加速發(fā)射。【考點(diǎn)定位】考查安培內(nèi)、動(dòng)能定理及其相關(guān)知識(shí)。2、如圖所示，間距L=0.2m的平行金屬導(dǎo)軌abc,和a上二j分別固定在兩個(gè)豎直而內(nèi)，兩端的導(dǎo)軌均無(wú)限長(zhǎng),在水平而abb%二區(qū)域內(nèi)和傾角 =37°的斜面cbb,c二區(qū)域內(nèi)分別有磁感應(yīng)強(qiáng)度8=0,4T、方向豎直向上和 ="、方向垂直于斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng).電阻尼=0.1。、質(zhì)量/=0. 1kg、長(zhǎng)為

4、3;=0. 2m的相同導(dǎo)體桿K、 Q分別放置在導(dǎo)軌上，K、Q桿可沿導(dǎo)軌無(wú)摩擦滑動(dòng)且始終接觸良好.一端系于K桿中點(diǎn)的輕繩平行于導(dǎo)軌 繞過(guò)輕質(zhì)定滑輪自然下垂，繩上加一個(gè)豎直向下的大小為E的力，K桿始終保持靜I匕Q桿在垂直于桿且沿 斜而向下的拉力三作用下沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng)，不計(jì)導(dǎo)軌電阻和各處的摩擦，繩不可伸長(zhǎng).取§=10111/-, sin37 ° =0.6, cos37° =0.8.求：(1)如果E=0.2N恒定不變，則從2=0開(kāi)始經(jīng)1分鐘回路產(chǎn)生的熱量？(2)如果E=0.2N恒定不變，試通過(guò)計(jì)算得出Q桿做值達(dá)3m題圖奮斗沒(méi)皆終點(diǎn)任何時(shí)候都是個(gè)起點(diǎn)怎樣的運(yùn)動(dòng)？(3)如果丑

5、=h(A為常數(shù)、9單位s、尸單位為N),試通過(guò)計(jì)算說(shuō)明得出Q桿做怎樣的運(yùn)動(dòng)？(4)在(3)間的基礎(chǔ)上，如果色=x/+0.4 (其中x是常數(shù)、v為Q運(yùn)動(dòng)的速度、單位為m/s,尸的 單位為N),當(dāng)Q桿自靜止開(kāi)始沿導(dǎo)軌下滑s=2m的過(guò)程中，Q桿上電阻產(chǎn)生的焦耳熱為1J,求常數(shù)x的值 和該過(guò)程拉力后做的功W?【參照答案】(1) 75Jo(2) v=2.5m/s, /為常數(shù)所以Q桿做勻速運(yùn)動(dòng)。(3) /= 篝由此可知Q桿做勻加速直線運(yùn)動(dòng) DDL(4) x=0.2照=2.8J【名師解析】(1)對(duì)K水平方向列力的平衡方程有：F=BILf=2.5AQ=P (R f=75J(>)由法拉第電磁感應(yīng)定律E=S

6、：LyB介聯(lián)立解得；1二號(hào)篝=2.5ni/s , i為常數(shù)所以Q桿做勻速運(yùn)動(dòng)。(3)對(duì)K水平方向列力的平衡方程有：F=BJLE=BiLvr_E_ B2Lv一區(qū)一當(dāng)十瓦解得： >二旗m由此可知Q桿做勻加速直線運(yùn)動(dòng)(4)尸 + 儂sin37" &IL=/naE=B：LvEBzLv1 R 十兄聯(lián)立代入數(shù)據(jù)可得：（*一0.2）/+1=0. la可得：丫=0.2a=10m/s 二v =2as歷 + mgss in37° - Q=藪m 爐%=2.8J【考點(diǎn)定位】考查安培力、法拉第電磁感應(yīng)定律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律及其相關(guān)知識(shí)。3、如圖所示,兩根粗細(xì)均勻的金屬桿AB和CD的長(zhǎng)度均為

7、Q電阻均為斤,質(zhì)量分別為3m和限用兩根等 長(zhǎng)的、質(zhì)量和電阻均不計(jì)的、不可伸長(zhǎng)的柔軟導(dǎo)線將它們連成閉合回路，懸跨在絕緣的、水平光滑的圓棒 兩側(cè)，AB和CD處于水平。在金屬桿AB的下方有高度為4的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感強(qiáng)度的大小為5,方向與 回路平而垂直，此時(shí)CD處于磁場(chǎng)中。現(xiàn)從靜止開(kāi)始釋放金屬桿AB,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間（AB、CD始終水平），在 AB即將進(jìn)入磁場(chǎng)的上邊界時(shí)，其加速度為零，此時(shí)金屬桿CD還處于磁場(chǎng)中，在此過(guò)程中金屬桿AB上產(chǎn)生的焦耳熱為Q重力加速度為g，試求:（1）金屬桿AB即將進(jìn)入磁場(chǎng)上邊界時(shí)的速度n.（2）在此過(guò)程中金屬桿CD移動(dòng)的距離h和通過(guò)導(dǎo)線截而的電量q.B：XXX）：X）：XXX

8、）：XXX HXX（3）設(shè)金屬桿AB在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的速度為匕，通過(guò)計(jì)算說(shuō)明也大小的可能范 圍.（4）依據(jù)第（3）問(wèn)的結(jié)果，請(qǐng)定性畫(huà)出金屬桿AB在穿過(guò)整個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò) 程中可能出現(xiàn)的速度一時(shí)間圖像（丫一匕圖）.【參照答案】_mgR （1）匕丁奮斗沒(méi)皆終點(diǎn)任何時(shí)候都是個(gè)起點(diǎn)(2) q=(4)略【名師解析】(0 AB桿達(dá)到磁場(chǎng)邊界時(shí)，加速度為零，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài),對(duì)AB桿：3力培=27時(shí) CD 桿：2T=mg+BIL又尸=即£二攀1解得V1=：WfZJ £(2)以AB、CD棒組成的系統(tǒng)在此過(guò)程中,根據(jù)能的轉(zhuǎn)化與守恒有:/2 +Q _ 16m3g次2 +08”?mg紳BLh 16mz

9、：一+必, 2鼠下布苑一(3) AB桿與CD桿都在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，直到達(dá)到勻速，此時(shí)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài),對(duì) AB 桿：3mg=2T+BIL對(duì) CD 桿：27' =mg+BIL又尸=6IZ=f- K所以4磔斤（4） AB桿以速度巧進(jìn)入磁場(chǎng)，系統(tǒng)受到安培力（阻力）突然熠加，系統(tǒng)做加速度不斷減小的漏速運(yùn) 動(dòng)，接下來(lái)的運(yùn)動(dòng)情況有四種可能性：【考點(diǎn)定位】考查電磁感應(yīng)定律、安培力、動(dòng)能定理及其相關(guān)知I識(shí)。V/HI4 （2014 上海巾靜安區(qū)二模）如圖1所示，是磁流體動(dòng)力發(fā)電機(jī)的工 作原理圖.一個(gè)水平放置的上下、前后封閉的矩形塑料管，其寬度為a,高 度為從其內(nèi)充滿電阻率為"的水銀，由渦輪機(jī)產(chǎn)生的

10、壓強(qiáng)差使得這個(gè)流 體具有恒定的流速小 管道的前后兩個(gè)側(cè)而上各有長(zhǎng)為£的由銅組成的面， 實(shí)際流體的運(yùn)動(dòng)非常復(fù)雜，為簡(jiǎn)化起見(jiàn)作如下假設(shè)：a.盡管流體有粘滯性，但整個(gè)橫截而上的速度均勻；b.流體的速度總是與作用在其上的合外力成正比；c.導(dǎo)體的電阻：廬其中,、1和s分別為導(dǎo)體的電阻率、長(zhǎng)度和橫截面積; Sd.流體不可壓縮.若由銅組成的前后兩個(gè)側(cè)而外部短路，一個(gè)豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)只加在這兩個(gè)銅面之間的區(qū)域，磁感 強(qiáng)度為6（如圖）.（1）寫(xiě)出加磁場(chǎng)后，兩個(gè)銅面之間區(qū)域的電阻廳的表達(dá)式。儕斗沒(méi)有終點(diǎn)任何時(shí)候都處個(gè)起點(diǎn)(2)加磁場(chǎng)后，假設(shè)新的穩(wěn)定速度為心寫(xiě)出流體所受的磁場(chǎng)力尸與。關(guān)系式，指出尸的方向

11、。(3)寫(xiě)出加磁場(chǎng)后流體新的穩(wěn)定速度v的表達(dá)式(用n.、p、L、6、2表示)。(4)為使速度增加到原來(lái)的值的渦輪機(jī)的功率必須增加，寫(xiě)出功率增加量的表達(dá)式(用、a、b、L、8和。表示【參照答案】(1) R-p 。bL(2)月=-ably£:o力FA的方向與流速#的方向反向. Ppp+W(4) AP= - abLvB-. P【名師解析】(1)流體在磁場(chǎng)中沿v方向流動(dòng)，產(chǎn)生垂直于前后兩個(gè)側(cè)面的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，前側(cè)面面積為S=bL,由電阻 定律，兩個(gè)銅面之間區(qū)域的電阻五的表達(dá)式為：R=pg。oL(2)流體流過(guò)磁場(chǎng)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：EG, 由銅蛆成的前后兩個(gè)側(cè)面外削短路，電流：？二號(hào)冗，流體所受的

12、磁場(chǎng)力：Fa=BH聯(lián)立解得：F,= abLvB. P力H的方向與流速/的方向反向.(3)不加磁場(chǎng)時(shí):pab=kv加磁場(chǎng)時(shí)：pab-F尸kv,由上而二式，得尸產(chǎn)pab-e dbv.%再利用（2）的結(jié)論，可推得加磁場(chǎng)后流體哥的穩(wěn)定速度¥的表達(dá)式:PP“Qpp + LvB1(4)由二Pz-B” P=pab*, P：=p'ab%> 聯(lián)立解得：P=(p'ab-pab)Vd由 p'ab-F“x = h%, pab=hp, 聯(lián)立解得：二尸7Vo.由于 F)= 一 abL%B3 P所以P= abLyB1. P【點(diǎn)評(píng)】 第（4）小題也可運(yùn)用能量守恒定律，加磁場(chǎng)后產(chǎn)生感應(yīng)電

13、動(dòng)勢(shì)£三國(guó)加，由銅組成的前后 兩個(gè)側(cè)面外卻短路，電流六號(hào)R，兩個(gè)銅面之間區(qū)域的電阻R產(chǎn)生熱量，由能量守恒定律， P=nR="=-abLqB，oR p3 PbL5. （2014年4月北京市海淀區(qū)模擬）根據(jù)玻爾理論，電子繞氫原子核運(yùn)動(dòng)可以看作是僅在庫(kù)侖引力作用下 的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知電子的電荷量為e,質(zhì)量為m,電子在第1軌道運(yùn)動(dòng)的半徑為八，靜電力常量為瓦（1）電子繞氫原子核做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，可等效為環(huán)形電流，試計(jì)算電子繞氫原子核在第1軌道上做圓周運(yùn) 動(dòng)的周期及形成的等效電流的大?。海?）氫原子在不同的能量狀態(tài)，對(duì)應(yīng)著電子在不同的軌道上繞核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，電子做圓周運(yùn)動(dòng)的軌 道半徑滿

14、足二一八，其中a為量子數(shù)，即軌道序號(hào)，外為電子處于第a軌道時(shí)的軌道半徑。電子在 第a軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)氫原子的能量瓦為電子動(dòng)能與“電子-原子核”這個(gè)系統(tǒng)電勢(shì)能的總和。理論證明,2系統(tǒng)的電勢(shì)能瓦和電子繞氫原子核做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r存在關(guān)系：E-k（以無(wú)窮遠(yuǎn)為電勢(shì)能零 r點(diǎn)）。請(qǐng)根據(jù)以上條件完成下面的問(wèn)題。試證明電子在第A軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)氫原子的能量尺和電子在第1軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)氫原子的能量瓦滿足關(guān)系式 紇唔；假設(shè)氫原子甲核外做圓周運(yùn)動(dòng)的電子從第2軌道躍遷到第1軌道的過(guò)程中所釋放的能量，恰好被量 子數(shù)比4的氫原子乙吸收并使其電離，即其核外在第4軌道做圓周運(yùn)動(dòng)的電子脫離氫原子核的作用范圍。不考慮電離前后原子核的動(dòng)能改變，

15、試求氫原子乙電離后電子的動(dòng)能。【參照答案】號(hào)1名師解析（20分）（1）設(shè)電子繞氫原子核在第1軌道上做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為7”形成的等效電流大小為八，根據(jù)牛頓第二定律有江:=取二:f 7廣則有=S- k（2分）（1分）又因?yàn)橐?:（2分）有 1"套（1分）271、秋與（2）設(shè)電子在第1軌道上運(yùn)動(dòng)的速度大小為的，根據(jù)牛頓第二定律有k ;=m < 1 分）不 “fftit則有瓦二一左己二一左二 = £命題得證。（1分）2/;2 q ir由可知，電子在第1軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)氫原子的能量 瓦2彳電子在第2軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)氫原子的能量£?=爭(zhēng)=孑盤(pán)7電子從第2軌道躍遷到第1軌道所釋放的能量E=E2-Ex=（2 分）一8彳電子在第4軌道運(yùn)