備戰(zhàn)高考物理電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況(大題培優(yōu))含答案解析(編輯修改稿)
2025-03-31 23:10 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 平行光滑的金屬導(dǎo)軌的上端連接一阻值為R＝4Ω的定值電阻，兩導(dǎo)軌在同一平面內(nèi)。質(zhì)量為m＝，長為L＝，使其從靠近電阻處由靜止開始下滑，已知導(dǎo)體棒電阻為r＝1Ω，整個裝置處于垂直于導(dǎo)軌面的勻強磁場中，導(dǎo)體棒下滑過程中加速度a與速度v的關(guān)系如圖乙所示，(g＝10m/s2)。求：（1）導(dǎo)軌平面與水平面間夾角θ；（2）磁場的磁感應(yīng)強度B；（3）若靠近電阻處到底端距離為20m，ab棒在下滑至底端前速度已達10m/s，求ab棒下滑的整個過程中，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱。【答案】（1）；（2）；（3）【解析】【分析】【詳解】（1）由、得安培力根據(jù)牛頓第二定律得代入得整理得由數(shù)學(xué)知識得知，av圖象斜率的大小等于縱截距等于由圖象可知圖象的縱截距等于5，即解得（2），則有代入解得（3）ab棒下滑到底端的整個過程中，根據(jù)能量守恒定律得得電路中產(chǎn)生的總熱量根據(jù)焦耳定律得電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱為8．如圖所示，光滑的水平平行金屬導(dǎo)軌間距為 L，導(dǎo)軌電阻忽略不計．空間存在垂直于導(dǎo) 軌平面豎直向上的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為 B,輕質(zhì)導(dǎo)體棒 ab 垂直導(dǎo)軌放置，導(dǎo)體棒 ab 的電阻為 r，與導(dǎo)軌之間接觸良好．兩導(dǎo)軌之間接有定值電阻，其阻值為 R，輕質(zhì)導(dǎo)體棒中間系一輕細線，細 線通過定滑輪懸掛質(zhì)量為 m 的物體，現(xiàn)從靜止釋放該物體，當(dāng)物體速度達到最大時，下落的高度為 h， 在本問題情景中，物體下落過程中不著地，導(dǎo)軌足夠長，忽略空氣阻力和一切摩擦阻力，重力加速度 為 g．求：(1)物體下落過程的最大速度 vm；(2)物體從靜止開始下落至速度達到最大的過程中，電阻 R 上產(chǎn)生的電熱 Q； (3)物體從靜止開始下落至速度達到最大時，所需的時間 t．【答案】（1） (2) (3) 【解析】【分析】在物體加速下落過程中，加速度逐漸減小，當(dāng)加速度為0時，下落速度達到最大，由平衡條件、閉合電路歐姆定律和電磁感應(yīng)定律求出物體下落過程的最大速度；在物體下落過程中，物體重力勢能減少，動能增加，系統(tǒng)電熱增加，根據(jù)能量守恒定律求出電阻R上產(chǎn)生的電熱；在系統(tǒng)加速過程中，分別對導(dǎo)體棒和物體分析，根據(jù)動量定理可得所需的時間；解：（1）在物體加速下落過程中，加速度逐漸減小，當(dāng)加速度為0時，下落速度達到最大對物體，由平衡條件可得mg=Fr對導(dǎo)體棒Fr=BIL對導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌、電阻R組成的回路，根據(jù)閉合電路歐姆定律根據(jù)電磁感應(yīng)定律E=BLvm聯(lián)立以上各式解得（2）在物體下落過程中，物體重力勢能減少，動能增加，系統(tǒng)電熱增加，根據(jù)能量守恒定律可得mgh=mvm2+Q總在此過程中任一時刻通過R和r兩部分電阻的電流相等，則電功率之比正比于電阻之比，故整個過程中回路中的R與r兩部分電阻產(chǎn)生的電熱正比于電阻，所以聯(lián)立解得（3）在系統(tǒng)加速過程中，任一時刻速度設(shè)為v，取一段時間微元Δt，在此過程中分別對導(dǎo)體棒和物體分析，根據(jù)動量定理可得整理可得即 全過程疊加求和聯(lián)方解得9．如圖，兩足夠長的平行金屬導(dǎo)軌平面與水平面間夾角為，導(dǎo)軌電阻忽略不計，二者相距=1m，勻強磁場垂直導(dǎo)軌平面，框架上垂直放置一根質(zhì)量為m=，并通過細線、光滑滑輪與一質(zhì)量為2m、邊長為正方形線框相連，金屬框下方h=，現(xiàn)將金屬框由靜止釋放，當(dāng)金屬框剛進入磁場時，電阻R上產(chǎn)生的熱量為=，且金屬框剛好能勻速通過有界磁場。已知兩磁場區(qū)域的磁感應(yīng)強度大小相等。定值電阻R=1Ω。導(dǎo)體棒ab和金屬框單位長度電阻r=1Ω/m，g=10m/s2，求(1)兩磁場區(qū)域的磁感應(yīng)強度為多大？(2)金屬框剛離開磁場時，系統(tǒng)損失的機械能是多大？(3)金屬框下方?jīng)]有磁場時，棒的最大速度是多少？【答案】(1)1T(2)(3)【解析】【詳解】(1)由題意知，導(dǎo)體棒ab接入電路的電阻為與定值電阻R相等，故
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