高二物理下：物理強化訓練題4

物理強化訓練4

1.如圖，光滑的平行金屬導軌水平放置，導軌間距為心左側(cè)接一阻值為R的電阻。矩

形區(qū)域abfe內(nèi)存在垂直軌道平面向下的有界勻強磁場，磁感應強度大小為瓦導軌上ac段

和bd段單位長度的電阻為m導軌其余部分電阻不計,

且ac=bd=no—質(zhì)量為m,電阻不計的金屬棒MN置于

導軌上，與導軌垂直且接觸良好。金屬棒受到一個水平

拉力作用，從磁場的左邊界由靜止開始作勻加速直線運

動，加速度大小為棒運動到cd處撤去外力，此后棒

的速度必隨位移X的變化規(guī)律滿足匕=%,且

"叫

棒在運動到磁場右邊界ef處恰好靜止。求：

(1)用法拉第電磁感應定律導出本題中金屬棒在區(qū)域abdc內(nèi)切割磁感線時產(chǎn)生的感應

電動勢隨時間t變化的表達式；

(2)df的長度八2應滿足什么條件；

(3)金屬棒運動過程中流過電阻R的最大電流值和最小電流值。

2.如圖1所示，兩根間距為L的平行導軌PQ和MN處于同一水平面內(nèi)，左端連接一阻

值為R的電阻，導軌平面處于豎直向上的勻強磁場中。一質(zhì)量為m、橫截面為正方形的導體

棒CD垂直于導軌放置，棒到導軌左端PM的距離為以導體棒與導軌接觸良好，不計導軌和

導體棒的電阻。

Ag

(1)若CD棒固定，已知磁感應強度B的變化率KT隨時間t的變化關(guān)系式為

M,求同路中感應電流的有效值I；

(2)若CD棒不固定，棒與導軌間最大靜摩擦力為fn,磁感應強度B隨時間I變化的關(guān)

系式為B=kt。求從t=0到CD

棒剛要運動，電阻R上產(chǎn)生

的焦耳熱Q：

(3)若CD棒不固定，

不計CD棒與導軌間的摩擦:

磁場不隨時間變化，磁感應

強度為Bo現(xiàn)對CD棒施加水

平向右的外力F,使CD棒由

靜止開始向右以加速度a做勻加速直線運動。請在圖2中定性畫出外力F隨時間t變化的圖

象，并求經(jīng)過時間to,外力F的沖量大小I（沖量『Ft）o

3.為了提高自行車夜間行駛的安全性，小明同學設(shè)計了一種“閃爍”裝置.如圖所示,

自行車后輪由半徑n=5.OXI。1m的金屬內(nèi)圈、半徑「拄。40m的金屬外圈和絕緣輻條構(gòu)

成.后輪的內(nèi)、外圈之間等間隔地接有4根金屬條，每根金屬條的中間均串聯(lián)有一電阻值為

R的小燈泡.在支架上裝有磁鐵，形成了磁感應強度B=0.10T、方向垂直紙面向外的“扇

TT

形”勻強磁場，其內(nèi)半徑為「1、外半徑為「2、張角8=五后輪以角速度3=2nrad/s相對

于轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動.若不計其它電阻，忽略磁場的邊緣效應.

（1）當金屬條ab進入“扇形”磁場時，求感應電動勢E,并指出ab上的電流方向；

（2）當金屬條ab進入“扇形”磁場時，畫出“閃爍”裝置的電路圖；

（3）從金屬條ab進入“扇形”磁場時開始，經(jīng)計算畫出輪子轉(zhuǎn)一圈過程中，內(nèi)圈與外

圈之間電勢差Uab隨時間t變化的明b-t圖象；

（4）若選擇的是“1.5V、0.3A”的小燈泡，該“閃爍”

裝置能否正常工作?有同學提出，通過改變磁感應強度B、后輪

外圈半徑入、角速度3和張角。等物理量的大小，優(yōu)化前同

學的設(shè)計方案，請給出你的評價.

4.磁懸浮列車是一種高速低耗的新型交通工具.它的驅(qū)動系統(tǒng)簡化為如下模型，固定在

列車下端的動力繞組可視為一個矩形純電阻金屬框，電阻為R,金屬框置于xOy平面內(nèi)，長

邊MN長為1平行于y軸，寬為d的NP邊平行于x軸，如圖1所示.列車軌道沿Ox方向，

軌道區(qū)域內(nèi)存在垂直于金屬框平面的磁場，磁感應強度B沿Ox方向按正弦規(guī)律分布，其空

間周期為入，最大值為瓦，如圖2所示，金屬框同一長邊上各處的磁感應強度相同，整個

磁場以速度丫叫）Ox方向勻速平移,設(shè)在短暫時間內(nèi)，MN、PQ邊所在位置的磁感應強度隨時

間的變化可以忽略，并忽略一切阻力.列車在驅(qū)動系統(tǒng)作用下沿Ox方向加速行駛，某時刻

速度為v（v<v0）.

（1）簡要敘述列車運行中獲得

驅(qū)動力的原理；

（2）為使列車獲得最大驅(qū)動

力，寫出MN、PQ邊應處于磁場中的

什么位置及X與d之間應滿足的關(guān)

系式；

（3）計算在滿足第（2）問的條件下列車速度為v時驅(qū)動力的大小.

5.如圖甲，在圓柱形區(qū)域內(nèi)存在一方向豎直向下、磁感應強度大小為B的勻強磁場，在

此區(qū)域內(nèi)，沿水平面固定一半徑為r的圓環(huán)形光滑細玻璃管，環(huán)心0在區(qū)域中心.一質(zhì)量為

m、帶電量為q（q>0）的小球，在管內(nèi)沿逆時針方向（從上向下看）做圓周運動.己知磁感

應強度大小B隨時間t的變化關(guān)系如圖乙所示，其中丁0=西.設(shè)小球在運動過程中電量保

持不變，對原磁場的影響可忽略.

（1）在到6八這段時間內(nèi)，小球不受細管側(cè)壁的作用力