2019届高考物理一轮复习 第十章 电磁感应 突破全国卷9 突破训练 电磁感应中的力学综合问题的求解 新人教版.doc

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资源描述
电磁感应中的力学综合问题的求解【突破训练】1如图所示,一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内,导轨间距l0.5 m,左端接有阻值R0.3 的电阻一质量m0.1 kg,电阻r0.1 的金属棒MN放置在导轨上,整个装置置于竖直向上的匀强磁场中,磁场的磁感应强度B0.4 T金属棒在水平向右的外力作用下,由静止开始以a2 m/s2的加速度做匀加速运动,当金属棒的位移x9 m时撤去外力,棒继续运动一段距离后停下来,已知撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q1Q221.导轨足够长且电阻不计,金属棒在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触求:(1)金属棒在匀加速运动过程中,通过电阻R的电荷量q;(2)撤去外力后回路中产生的焦耳热Q2;(3)外力做的功WF.解析:(1)设金属棒匀加速运动的时间为t,回路的磁通量的变化量为,回路中的平均感应电动势为E,由法拉第电磁感应定律得其中Blx设回路中的平均电流为I,由闭合电路欧姆定律得则通过电阻R的电荷量为qt联立式,得q代入数据得q4.5 C.(2)设撤去外力时金属棒的速度为v,对于金属棒的匀加速运动过程,由运动学公式得v22ax设金属棒在撤去外力后的运动过程中克服安培力所做的功为W,由动能定理得W0mv2撤去外力后回路中产生的焦耳热Q2W联立式,代入数据得Q21.8 J(3)由题意知,撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q1Q221,可得Q13.6 J在金属棒运动的整个过程中,外力F克服安培力做功,由功能关系可知WFQ1Q2由式得WF5.4 J.答案:(1)4.5 C(2)1.8 J(3)5.4 J2(2018石家庄质检)如图甲所示,两根足够长的平行光滑金属导轨MN、PQ被固定在水平面上,导轨间距l0.6 m,两导轨的左端用导线连接电阻R1及理想电压表V,电阻为r2 的金属棒垂直于导轨静止在AB处;右端用导线连接电阻R2,已知R12 ,R21 ,导轨及导线电阻均不计在矩形区域CDFE内有竖直向上的磁场,CE0.2 m,磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示开始时电压表有示数,当电压表示数变为零后,对金属棒施加一水平向右的恒力F,使金属棒刚进入磁场区域时电压表的示数又变为原来的值,金属棒在磁场区域内运动的过程中电压表的示数始终保持不变求:(1)t0.1 s时电压表的示数;(2)恒力F的大小;(3)从t0时刻到金属棒运动出磁场的过程中整个电路产生的热量解析:(1)设磁场宽度为dCE,在00.2 s的时间内,有Eld0.6 V此时,R1与金属棒并联后再与R2串联RR并R21 1 2 UR并0.3 V.(2)金属棒进入磁场后,R1与R2并联后再与r串联,有I0.45 AFABIl1.000.450.6 N0.27 N由于金属棒进入磁场后电压表的示数始终不变,所以金属棒做匀速运动,所以恒力F的大小FFA0.27 N.(3)在00.2 s的时间内有Qt0.036 J金属棒进入磁场后,有Rr EIR1.2 VEBlv,v2.0 m/st s0.1 sQEIt0.054 JQ总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)如图所示,“凸”字形硬质金属线框质量为m,相邻各边互相垂直,且处于同一竖直平面内,ab边长为l,cd边长为2l,ab与cd平行,间距为2l.匀强磁场区域的上下边界均水平,磁场方向垂直于线框所在平面开始时,cd边到磁场上边界的距离为2l,线框由静止释放,从cd边进入磁场直到ef、pq边进入磁场前,线框做匀速运动,在ef、pq边离开磁场后,ab边离开磁场之前,线框又做匀速运动线框完全穿过磁场过程中产生的热量为Q.线框在下落过程中始终处于原竖直平面内,且ab、cd边保持水平,重力加速度为g.求:(1)线框ab边将离开磁场时做匀速运动的速度大小是cd边刚进入磁场时的几倍;(2)磁场上下边界间的距离H.解析:(1)设磁场的磁感应强度大小为B,cd边刚进入磁场时,线框做匀速运动的速度为v1,cd边上的感应电动势为E1,由法拉第电磁感应定律,有E12Blv1设线框总电阻为R,此时线框中电流为I1,由闭合电路欧姆定律,有I1设此时线框所受安培力为F1,有F12I1lB由于线框做匀速运动,其受力平衡,有mgF1由式得v1设ab边离开磁场之前,线框做匀速运动的速度为v2,同理可得v2由式得v24v1.(2)线框自释放直到cd边进入磁场前,由机械能守恒定律,有2mglmv线框完全穿过磁场的过程中,由能量守恒定律,有mg(2lH)mvmvQ由式得H28l.答案:(1)4倍(2)28l4如图所示,质量为M的导体棒ab,垂直放在相距为l的平行光滑金属导轨上,导轨平面与水平面的夹角为,并处于磁感应强度大小为B、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中左侧是水平放置、间距为d的平行金属板,R和Rx分别表示定值电阻和滑动变阻器的阻值,不计其他电阻(1)调节RxR,释放导体棒,当导体棒沿导轨匀速下滑时,求通过导体棒的电流I及导体棒的速率v.(2)改变Rx,待导体棒沿导轨再次匀速下滑后,将质量为m、带电荷量为q的微粒水平射入金属板间,若它能匀速通过,求此时的Rx.解析:(1)对匀速下滑的导体棒进行受力分析如图所示导体棒所受安培力F安BIl导体棒匀速下滑,所以F安Mgsin 联立式,解得I导体棒切割磁感线产生感应电动势EBlv由闭合电路欧姆定律得I,且RxR,所以I联立式,解得v.(2)由题意知,其等效电路图如图所示由图知,平行金属板两板间的电压等于Rx两端的电压设两金属板间的电压为U,因为导体棒匀速下滑时的电流仍为I,所以由欧姆定律知UIRx要使带电微粒匀速通过,则mgq联立式,解得Rx.答案:(1)(2)
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