高中物理 模块六 动量与动量守恒定律 考点3_3 动量与电磁感应试题1

考点3.3 动量与电磁感应电磁感应与动量的结合主要有两个考点：对与单杆模型，则是与动量定理结合。例如在光滑水平轨道上运动的单杆(不受其他力作用)，由于在磁场中运动的单杆为变速运动，则运动过程所受的安培力为变力，依据动量定理，而又由于，由以上四式将流经杆电量q、杆位移x及速度变化结合一起。对于双杆模型，在受到安培力之外，受到的其他外力和为零，则是与动量守恒结合考察较多1. 如图所示，一质量为m 的金属杆ab，以一定的初速度v0从一光滑平行金属轨道的底端向上滑行，轨道平面与水平面成角，两导轨上端用一电阻相连，磁场方向垂直轨道平面向上，轨道与金属杆ab的电阻不计并接触良好。金属杆向上滑行到某一高度h后又返回到底端，在此过程中（ B ）qhabRBA 整个过程中合外力的冲量大小为2mv0B 下滑过程中合外力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热C 下滑过程中电阻R上产生的焦耳热小于D 整个过程中重力的冲量大小为零2. 如图所示，在光滑的水平面上，有一垂直向下的匀强磁场分布在宽度为L的区域内，现有一个边长为a（aL）的正方形闭合线圈以初速度v0垂直磁场边界滑过磁场后，速度为v(vv0)，那么线圈（ B ）A. 完全进入磁场中时的速度大于（v0+v）/2 B. 完全进入磁场中时的速度等于（v0+v）/2 C. 完全进入磁场中时的速度小于（v0+v）/2 D. 以上情况均有可能3. 如图所示，两根足够长的固定平行金属光滑导轨位于同一水平面上，导轨上横放着两根相同的导体棒ab、cd与导轨构成矩形回路。导体棒的两端连接着处于压缩状态的两根轻质弹簧，两棒的中间用细线绑住，它们的电阻均为R，回路上其余部分的电阻不计，在导轨平面内两导轨间有一竖直向下的匀强磁场。开始时，导体棒处于静止状态。剪断细线后，导体棒在运动过程中 ( AD ) A 回路中有感应电动势B 两根导体棒所受安培力的方向相同C 两根导体棒和弹簧构成的系统动量守恒，机械能守恒D 两根导体棒和弹簧构成的系统动量守恒，机械能不守恒4. 如图所示,在水平面上有两条导电导轨MN、PQ，导轨间距为d，匀强磁场垂直于导轨所在的平面向里，磁感应强度的大小为B，两根完全相同的金属杆1、2间隔一定的距离摆开放在导轨上，且与导轨垂直。它们的电阻均为R，两杆与导轨接触良好，导轨电阻不计，金属杆的摩擦不计。杆1以初速度v0滑向杆2，为使两杆不相碰，则杆2固定与不固定两种情况下，最初摆放两杆时的最少距离之比为( C ) A.1:1 B.1:2 C.2:1 D.1:1 5. 足够长的光滑金属导轨、水平平行固定，置于竖直向上的匀强磁场中，在导轨上放两条金属杆、，两杆平行且与导轨垂直接触良好。设导轨电阻不计，两杆的电阻为定值。从某时刻起给施加一与导轨平行方向向右的恒定拉力作用，则以下说法正确的是（ BD ）A向左做加速运动B受到的安培力始终向左C一直做匀加速直线运动D、均向右运动，运动后的速度始终不会相等，但最终速度差为一定值6. 如图所示，光滑导轨EF、GH等高平行放置，EG间宽度为FH间宽度的3倍，导轨右侧水平且处于竖直向上的匀强磁场中，左侧呈弧形升高。ab、cd是质量均为m的金属棒，现让ab从离水平轨道h高处由静止下滑，设导轨足够长。试求：(1) ab、cd棒的最终速度；(2) 全过程中感应电流产生的焦耳热。【答案】（1）（2）7. 如图所示，竖直放置的两光滑平行金属导轨，置于垂直于导轨平面向里的匀强磁场中，两根质量相同的导体棒a和b，与导轨紧密接触且可自由滑动。先固定a，释放b，当b的速度达到10m/s时，再释放a，经过1s后，a的速度达到12m/s，则(1) 此时b的速度大小是多少？(2) 若导轨很长，a、b棒最后的运动状态。【答案】(1)18m/s (2)以共同速度做加速度为g的匀加速运动8. 两根平行的金属导轨，固定在同一水平面上，磁感强度B=0.5T的匀强磁场与导轨所在平面垂直，导轨的电阻很小，可忽略不计。导轨间的距离l=0.20m，两根质量均为m=0.10kg的平行金属杆甲、乙可在导轨上无摩擦地滑动，滑动过程中与导轨保持垂直，每根金属杆的电阻为R=0.50。在t=0时刻，两杆都处于静止状态。现有一与导轨平行，大小为0.20N的恒力F作用于金属杆甲上，使金属杆在导轨上滑动。经过T=5.0s，金属杆甲的加速度为a=1.37 m/s2，求此时两金属杆的速度各为多少？【答案】8.15m/s 1.85m/s 9. 质量为m的金属棒ab，可以无摩擦地沿水平的平行导轨MN与PQ滑动，两导轨间宽度为d，导轨的M、P端与阻值为R的电阻相连，其他电阻不计，导轨处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B，设棒ab的初速度为v0，求棒ab停止下来时滑行的距离及在此过程中通过棒的电荷量。【答案】10. 如图所示，足够长的光滑水平导轨的间距为l，电阻不计，垂直轨道平面有磁感应强度为B的匀强磁场，导轨上相隔一定距离放置两根长度均为l的金属棒，a棒质量为m，电阻为R，b棒质量为2m，电阻为2R现给a棒一个水平向右的初速度v0，求：（a棒在以后的运动过程中没有与b棒发生碰撞）(1) b棒开始运动的方向：(2) 当a棒的速度减为时，b棒刚好碰到了障碍物，经过很短时间t0速度减为零（不反弹）求碰撞过程中障碍物对b棒的冲击力大小：(3) b棒碰到障碍物后，a棒继续滑行的距离【答案】(1) 向右 (2) (3)11. 如图所示，在方向竖直向上的磁感应强度为B的匀强磁场中有两条光滑固定的平行金属导轨MN、PQ，导轨足够长，间距为L，其电阻不计，导轨平面与磁场垂直，ab、cd为两根垂直于导轨水平放置的金属棒，其接入回路中的电阻分别为R，质量分别为m，与金属导轨平行的水平细线一端固定，另一端与cd棒的中点连接，细线能承受的最大拉力为T，一开始细线处于伸直状态，ab棒在平行导轨的水平拉力F的作用下以加速度a向右做匀加速直线运动，两根金属棒运动时始终与导轨接触良好且与导轨相垂直。(1) 求经多长时间细线被拉断？(2) 若在细线被拉断瞬间撤去拉力F,求两根金属棒之间距离增量x的最大值是多少？【答案】(1) (2)12. 如图所示，两根平行金属导轨MN、PQ相距为d=1.0m，导轨平面与水平面夹角为=30，导轨上端跨接一定值电阻R=1.6，导轨电阻不计整个装置处于方向垂直导轨平面向上、磁感应强度大小B=1T的匀强磁场中金属棒ef垂直于MN、PQ静止放置，且与导轨保持良好接触，其长刚好为d、质量m=0.1kg、电阻r=0.4，距导轨底端S1=3.75m另一根与金属棒平行放置的绝缘棒gh长度也为d，质量为，从轨道最低点以速度v0=10m/s沿轨道上滑并与金属棒发生正碰(碰撞时间极短)，碰后金属棒沿导轨上滑S2=0.2m后再次静止，测得此过程中电阻R上产生的电热为Q=0.2J已知两棒与导轨间的动摩擦因数均为，g取10m/s2，求：(1) 碰后瞬间两棒的速度；(2) 碰后瞬间的金属棒加速度；(3) 金属棒在导轨上运动的时间。【答案】(1)3m/s -1m/s 负号表示方向沿导轨平面向下 (2)25m/s2方向沿导轨平面向下 (3)0.2s13. 如图所示，金属杆a在离地h高处从静止开始沿弧形轨道下滑，导轨平行的水平部分有竖直向上的匀强磁场B，水平部分导轨上原来放有一金属杆b.已知杆的质量为ma，且与b杆的质量比为mamb=34，水平导轨足够长，不计摩擦，求：(1) a和b的最终速度分别是多大？(2) 整个过程中回路释放的电能是多少？(3) 若已知a、b杆的电阻之比RaRb=34，其余电阻不计，整个过程中a、b上产生的热量分别是多少？【答案】(1) (2) (2)14. 如图所示，电阻不计的两光滑金属导轨相距L，放在水平绝缘桌面上，半径为R的l/4圆弧部分处在竖直平面内且与水平直轨道在最低点相切，水平直导轨部分处在磁感应强度为B，方向竖直向下的匀强磁场中，末端与桌面边缘平齐。两金属棒ab、cd垂直于两导轨且与导轨接触良好。棒ab质量为2 m，电阻为r，棒cd的质量为m，电阻为r。重力加速度为g。开始时棒cd静止在水平直导轨上，棒ab从圆弧顶端无初速度释放，进入水平直导轨后与棒cd始终没有接触并一直向右运动，最后两棒都离开导轨落到地面上。棒ab与棒cd落地点到桌面边缘的水平距离之比为3:1。求：(1)棒ab和棒cd离开导轨时的速度大小；(2)棒ab在水平导轨上的最大加速度；(3)棒ab在导轨上运动过程中产生的焦耳热。【答案】(1) (2) (3) 15. 如图所示，电阻不计的两根平行且弯成直角足够长金属导轨MON、POQ，导轨间距为l，MO、PO处在同一水平面内，磁场方向竖直向上，ON、OQ处在同一竖直面内，磁场方向水平向左，且水平和竖直磁场的磁感应强度大小为B，。如图所示，质量均为m，电阻均为R的两根相同导体棒a、b垂直于导轨分别放在水平部分和竖直部分，开始时使a、b都处于静止状态，不计一切摩擦，两棒始终与导轨接触良好，重力加速度为g，求：(1) 现释放a，某时刻a的速度为v1，b的速度为v2，需经过多长时间？(2) 该时刻a、b与导轨所组成的闭合回路消耗的总电功率；(3) 试确定两棒稳定时的运动情况。【答案】(1)（v1v2）/g (2) B2l2（v1v2）v1/2R (3)最终两杆以相同大小的加速度匀加速液滴加速度为g/216. 如图所示，宽度为L的光滑平行金属导轨PQ和PQ倾斜放置，顶端QQ之间连接一个阻值为R的电阻和开关S，底端PP处通过一小段平滑圆弧与一段光滑水平轨道相连已知水平轨道离地面的高度为h，两倾斜导轨间有一垂直于导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度为B；有两根长均为L、质量均为m、电阻均为R的金属棒AA、CC当金属棒CC放置在水平轨道右端时，两水平轨道间就会出现竖直方向的磁感应强度为B1的匀强磁场，此时开关S处于断开状态；而如果金属棒CC一离开水平轨道，水平轨道间的磁场就马上消失，同时开关S马上闭合现把金属棒CC放在光滑水平轨道上右端，金属棒AA离水平轨道高为H的地方以较大的初速度v0沿轨道下滑，在极短时间内金属棒CC就向右离开水平轨道，离开水平轨道后在空中做平抛运动，落地点到抛出点通过的水平距离为x1，金属棒AA最后也落在水平地面上，落地点到抛出点的水平距离为x2；不计导轨电阻，忽略金属棒经过PP处的机械能损失，不计空气阻力，已知重力加速度为g，求：(1) 判断B1的方向(2) 通过CC的电量q(3) 整个运动过程中金属棒AA产生的焦耳热Q【答案】(1)垂直平面向下 (2) (3)- 11 -