2019年高考物理 试题分项解析 专题30 力电综合问题（第02期）.doc

专题30 力电综合问题一选择题1. （2019广西柳州一模）如图，两根足够长光滑平行金属导轨PP、QQ倾斜放置，匀强磁场垂直于导轨平面，导轨的上端与水平放置的两金属板M、N相连，金属棒ab水平跨放在导轨上，下滑过程中与导轨接触良好。现由静止释放金属棒ab，假定电容器不会被击穿，忽略一切电阻，则下列说法正确的是A金属棒ab下滑过程中M板电势高于N板电势B金属棒ab匀加速下滑C.金属棒ab最终可能匀速下滑D金属棒下滑过程中减少的重力势能等于棒增加的动能【参考答案】AB2（2019辽宁沈阳一模）如图所示，竖直放置的足够长的U型金属框架中，定值电阻为R，其他电阻均可忽略，ef是一水平放置的电阻可忽略的导体棒，导体棒质量为m，棒的两端始终与ab、cd保持良好接触，且能沿框架无摩擦下滑，整个装置放在与框架平面垂直的匀强磁场中，当导体棒ef从静止下滑一段时间后闭合开关S，则S闭合后()A、导体棒ef的加速度一定大于gB、导体棒ef的加速度一定小于gC、导体棒ef机械能一定守恒D、导体棒ef机械能一定减少【参考答案】BD二计算题1.（2019云南楚雄州姚安一中期末）如图所示，两足够长平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为L=1m，导轨平面与水平面夹角=30，导轨电阻不计磁感应强度为B=1.0T的匀强磁场垂直导轨平面斜向下，金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上，且始终与导轨接触良好，金属棒的质量为m=0.01kg、电阻不计定值电阻R1=30，电阻箱电阻调到R2=120，电容C=0.01F，取重力加速度g=10m/s2现将金属棒由静止释放（1）在开关接到1的情况下，求金属棒下滑的最大速度（2）在开关接到1的情况下，当R2调至30后且金属棒稳定下滑时，R2消耗的功率为多少？（3）在开关接到2的情况下，求经过时间t=2.0s时金属棒的速度【名师解析】（1）当金属棒匀速下滑时速度最大，设最大速度vm，此时棒处于平衡状态，故有mgsin=F安，而F安=BIL，I=，其中R总=150由上各式得：mgsin=解得最大速度vm=（2）当R2调整后，棒稳定下滑的速度，由前面可知：v=故R2消耗的功率P2=I2R，其中I=得P2=0.075W2（2019山西吕梁期末）如图所示，某一新型发电装置的发电管是横截面为矩形的水平管道，管道宽为d，上、下两面是绝缘板，前后两侧M、N是电阻可忽略的导体板，两导体板与开关S和定值电阻R相连。整个管道置于匀强磁场中，磁感应强度大小为B、方向沿z轴正方向。管道内始终充满导电液体（有大量带电离子），开关S闭合前后，液体均以恒定速率v0沿x轴正方向流动。（1）开关S断开时，求M、N两导体板间电压U0；（2）开关S闭合后，设M、N两导体板间液体的电阻为r，导电液体中全部为正离子，且管道中所有正离子的总电荷量为Q。求： a通过电阻R的电流I及M、N两导体板间电压U；b所有正离子定向移动时沿y轴方向所受平均阻力的大小Ff。【参考答案】(1) (2)a. b. 【名师解析】（1）解法一：该发电装置原理图等效为如图，管道中液体的流动等效为宽度为d的导体棒切割磁感线，产生的电动势E = Bdv0。则开关断开时 b解法一：受力角度： 正离子在y轴上沿y轴负方向运动，M板电势高，运动过程中受力平衡。设一个正离子电荷量为q，沿y轴方向受到的平均阻力为f。如上图所示，沿y轴方向离子共受三个力的作用，沿y轴正方向受阻力f和电场力，沿y轴负方向受洛伦兹力，所以。对管道中所有正离子则有 ，因此 解法二：能量角度：正离子在y轴上定向移动时所受的阻力等效于导体中定向移动的自由电子与金属离子（即金属原子失去电子后的剩余部分）的碰撞所受的阻力。电子所受阻力做的功大小等于电流在导体电阻上产生的热量，因此正离子在y轴方向移动过程中，阻力做的功等于电流在液体中产生的热量。所有的正离子从N板（电源负极）移动到M板（电源正极）过程中，电场力做功大小，电流在液体中产生的热量Q 。Q，又，得3.(12分) （2019广东清远期末）如图所示，水平放置的平行金属导轨间的距离为L(导轨电阻不计)，左侧接阻值为R的电阻，区域cdef内存在磁感应强度为B垂直轨道平面的有界匀强磁场，磁场宽度为s。一质量为m，电阻为r的金属棒MN置于导轨上，与导轨垂直且接触良好，与导轨间的动摩擦因数为，从t=0时刻开始，金属棒MN受到为水平向右的拉力F作用，从磁场的左侧边界由静止开始运动，用传感器测得电阻R两端的电压在01s内变化规律如图所示，(已知B=0.5T，L=1m，m=lkg，R=0.3，r=0.2，s=1m，=0.01，g取10m/s2)(1)求金属棒刚开始运动瞬间的加速度。(2)写出01s内拉力F与时间t的函数表达式。（2）设 （1分） 则有 （1分） N （1分） （1分） a与t无关，故得（1分）（N）（0t1s) （1分）4如图所示，AMN与DEF是固定的光滑平行金属导轨，间距为lAM与DE段与水平面夹角为，处在方向垂直导轨向上的磁场中。MN与EF段水平，处在竖直向上的匀强磁场中，其上有一静止导体条b，质量为m2。在NF的右侧，光滑的水平地面上有一个质量为m3的薄木板靠着导轨末端，上表面与导轨MNEF相平，与导体条b之间摩擦因数为。在导轨间有个电容为C的电容器和一个单刀双掷开关K及定值电阻R。初始电容器不带电，K掷在1端。在导轨AMDE上端由静止释放一个质量为m1的导体棒a，经过一段时间后导体棒在倾斜导轨上匀速运动。已知两处磁场的磁感应强度大小均为B。导体a、b的电阻忽略不计，导体b的宽度不计。求：(1)导体棒在倾斜导轨上匀速运动的速度v1；(2)导体棒在倾斜导轨上匀速运动时，电容器的带电量Q；(3)若a棒匀速后，开关K由1端掷向2端导体条b以一定速度冲上木板，且没有从木板上滑下，此时电容器两端电压为U，求木板长度的最小值。【参考答案】（1）（2）（3）（2）匀速运动时，电容器没有电流，两端电压为电动势q=CE，解得 5【加试题】(10分)某种工业上用质谱仪将铀离子从其他相关元素中分离出来，如图25所示，铀离子通过U100 kV的电势差加速后进入匀强磁场分离器，磁场中铀离子的路径为半径r1.00 m的半圆，最后铀离子从狭缝出来被收集在一只杯中，已知铀离子的质量m3.921025 kg，电荷量q3.201019 C，如果该设备每小时分离出的铀离子的质量M100 mg，则：(为便于计算2)图25(1)求匀强磁场的磁感应强度；(2)计算一小时内杯中所产生的内能；(3)计算离子流对杯产生的冲击力。【名师解析】(1)铀离子在加速电场中加速时，由动能定理qUmv2铀离子做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供qvB所以B T0.5 T。(3)经过1小时，把这些铀离子看成一个整体据动量定理FNt0Mv所以求得杯子对这些铀离子的冲击力FN N11.1 N据牛顿第三定律，离子对杯子的冲击力大小等于11.1 N。答案(1)0.5 T(2)8.191010 J(3)11.1 N6.【加试题】(10分)电子对湮灭是指电子e和正电子e碰撞后湮灭，产生伽马射线的过程，电子对湮灭是正电子发射计算机断层扫描(PET)及正电子湮灭能谱学(PAS)的物理基础。如图19所示，在平面直角坐标系xOy上，P点在x轴上，且OP2L，Q点在负y轴上某处。在第象限内有平行于y轴的匀强电场，在第象限内有一圆形区域，与x、y轴分别相切于A、C两点，OAL，在第象限内有一未知的矩形区域(图中未画出)，未知矩形区域和圆形区域内有完全相同的匀强磁场，磁场方向垂直于xOy平面向里。一束速度大小为v0的电子束从A点沿y轴正方向射入磁场，经C点射入电场，最后从P点射出电场区域；另一束速度大小为v0的正电子束从Q点沿与y轴正向成45角的方向射入第象限，而后进入未知矩形磁场区域，离开磁场时正好到达P点，且恰好与从P点射出的电子束正碰发生湮灭，即相碰时两束粒子速度方向相反。已知正、负电子质量均为m、电荷量大小均为e，电子的重力不计。求：图19(1)圆形区域内匀强磁场磁感应强度B的大小和第象限内匀强电场的场强E的大小；(2)电子从A点运动到P点所用的时间；(3)Q点纵坐标及未知矩形磁场区域的最小面积S。【名师解析】(1)电子束a从A点沿y轴正方向发射，经过C点，由题意可得电子在磁场中运动的半径RL，又ev0B，解得B电子在电场中做类平抛运动，得2Lv0t1，又Lat，a，解得E，t1，故Q点的纵坐标y(R22Ltan 45)4L，未知矩形磁场区域的最小面积为S2L(1)L2(1)L27（2019河南质检）如图所示，间距为d的平行导轨A2A3、C2C3所在平面与水平面的夹角，其下端连接阻值为的电阻，处于磁感应强度大小为B、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中， 水平台面所在区域无磁场。长为、质量为m的导体棒静止在光滑水平台面ACC1A1上，在大小为mg(g为重力加速度大小）、方向水平向左的恒力作用下做匀加速运动，经时间t后撤去恒力，导体棒恰好运动至左边缘A1C1,然后从左边缘A1C1飞出台面，并恰好沿A2A3 方向落到A2C2处，沿导轨下滑时间t后开始做匀速运动。导体棒在导轨上运动时始终与导 轨垂直且接触良好，除了电阻R外的其他电阻、一切摩擦均不计。求：(1)导体棒到达A1C1处时的速度大小以及A2C2与台面ACC1A1间的高度差h； (2)导体棒勻速运动的速度大小以及导体棒在导轨上变速滑行的过程中通过导体棒某一 横截面的总电荷量。【名师解析】