高考物理備考之電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況壓軸突破訓(xùn)練∶培優(yōu)-易錯(cuò)-難題篇附詳細(xì)答案(編輯修改稿)
2025-04-05 05:10 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 3）ab棒下滑到底端的整個(gè)過(guò)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，將邊長(zhǎng)為a、質(zhì)量為m、電阻為R的正方形導(dǎo)線框豎直向上拋出，穿過(guò)寬度為b、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)的方向垂直紙面向里，線框向上離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)的速度剛好是進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度的一半，線框離開(kāi)磁場(chǎng)后繼續(xù)上升一段高度，然后落下并勻速進(jìn)入磁場(chǎng)．整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終存在著大小恒定的空氣阻力f，且線框不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)．求：(1)線框在下落階段勻速進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度v2；(2)線框在上升階段剛離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)的速度v1；(3)線框在上升階段通過(guò)磁場(chǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱Q.【答案】(1) (2) (3) 【解析】【分析】(1)下落階段勻速進(jìn)入磁場(chǎng)說(shuō)明線框所受力：重力、空氣阻力及向上的安培力的合力為零.(2)對(duì)比線框離開(kāi)磁場(chǎng)后繼續(xù)上升一段高度（設(shè)為h），然后下落相同高度h到勻速進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)兩個(gè)階段受力情況不同，合力做功不同，由動(dòng)能定理：線框從離開(kāi)磁場(chǎng)至上升到最高點(diǎn)的過(guò)程．(3)求解焦耳熱Q，需要特別注意的是線框向上穿過(guò)磁場(chǎng)是位移是a+b而不是b，這是易錯(cuò)的地方【詳解】(1)線框在下落階段勻速進(jìn)入磁場(chǎng)瞬間，由平衡知識(shí)有：解得：(2)線框從離開(kāi)磁場(chǎng)至上升到最高點(diǎn)的過(guò)程，由動(dòng)能定理：線圈從最高點(diǎn)落至進(jìn)入磁場(chǎng)瞬間：聯(lián)立解得：(3)線框在向上通過(guò)磁場(chǎng)過(guò)程中，由能量守恒定律有：而解得：即線框在上升階段通過(guò)磁場(chǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱為【點(diǎn)睛】此類問(wèn)題的關(guān)鍵是明確所研究物體運(yùn)動(dòng)各個(gè)階段的受力情況，做功情況及能量轉(zhuǎn)化情況，選擇利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)能定理或能的轉(zhuǎn)化與守恒定律解決針對(duì)性的問(wèn)題，由于過(guò)程分析不明而易出現(xiàn)錯(cuò)誤.9．“801所”設(shè)計(jì)的磁聚焦式霍爾推進(jìn)器可作為太空飛船的發(fā)動(dòng)機(jī)，其原理如下：系統(tǒng)捕獲宇宙中大量存在的等離子體(由電量相同的正、負(fù)離子組成)經(jīng)系統(tǒng)處理后，從下方以恒定速率v1向上射入有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域Ⅰ內(nèi)．當(dāng)柵極MN、PQ間形成穩(wěn)定的電場(chǎng)后，自動(dòng)關(guān)閉區(qū)域Ⅰ系統(tǒng)(關(guān)閉粒子進(jìn)入通道、撤去磁場(chǎng)B1)．區(qū)域Ⅱ內(nèi)有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)右邊界是直徑為D、與上下極板相切的半圓(圓與下板相切于極板中央A)．放在A處的放射源能夠向各個(gè)方向均勻發(fā)射速度大小相等的氙原子核，氙原子核經(jīng)過(guò)該區(qū)域后形成寬度為D的平行氙粒子束，經(jīng)過(guò)柵極MN、PQ之間的電場(chǎng)加速后從PQ噴出，在加速氙原子核的過(guò)程中探測(cè)器獲得反向推力(不計(jì)氙原子核、等離子體的重力，不計(jì)粒子之間相互作用于相對(duì)論效應(yīng))．已知極板長(zhǎng)RM=2D，柵極MN和PQ間距為d，氙原子核的質(zhì)量為m、電荷量為q，求：(1)氙原子核在A處的速度大小v2；(2)氙原子核從PQ噴出時(shí)的速度大小v3；(3)因區(qū)域Ⅱ內(nèi)磁場(chǎng)發(fā)生器故障，導(dǎo)致區(qū)域Ⅱ中磁感應(yīng)強(qiáng)度減半并分布在整個(gè)區(qū)域Ⅱ中，求能進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅰ的氙原子核占A處發(fā)射粒子總數(shù)的百分比．【答案】（1） （2） （3） 【解析】【分析】【詳解】（1）離子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)： 根據(jù)題意，在A處發(fā)射速度相等，方向不同的氙原子核后，形成寬度為D的平行氙原子核束，即 則： （2）等離子體由下方進(jìn)入?yún)^(qū)域I后，在洛倫茲力的作用下偏轉(zhuǎn)，當(dāng)粒子受到的電場(chǎng)力等于洛倫茲力時(shí)，形成穩(wěn)定的勻強(qiáng)電場(chǎng)，設(shè)等離子體的電荷量為 ，則 即 氙原子核經(jīng)過(guò)區(qū)域I加速后，離開(kāi)PQ的速度大小為 ，根據(jù)動(dòng)能定理可知：其中電壓 聯(lián)立可得（3）根據(jù)題意，當(dāng)區(qū)域Ⅱ中的磁場(chǎng)變?yōu)橹?，根?jù)可知，①根據(jù)示意圖可知，沿著AF方向射入的氙原子核，恰好能夠從M點(diǎn)沿著軌跡1進(jìn)入?yún)^(qū)域I，而沿著AF左側(cè)射入的粒子將被上極板RM擋住而無(wú)法進(jìn)入?yún)^(qū)域I．該軌跡的圓心O1，正好在N點(diǎn)，所以根據(jù)幾何關(guān)系關(guān)系可知，此時(shí)；②根據(jù)示意圖可知，沿著AG方向射入的氙原子核，恰好從下極板N點(diǎn)沿著軌跡2進(jìn)入?yún)^(qū)域I，而沿著AG右側(cè)射入的粒子將被下極板SN擋住而無(wú)法進(jìn)入?yún)^(qū)域I．，所以此時(shí)入射角度．根據(jù)上述分析可知，只有這個(gè)范圍內(nèi)射入的粒子還能進(jìn)入?yún)^(qū)域I．該區(qū)域的粒子占A處總粒子束的比例為10．如圖所示，寬L=2m、足夠長(zhǎng)的金屬導(dǎo)軌MN和M′N′放在傾角為θ=30176。的斜面上，在N和N′之間連接一個(gè)R=，在AA′處放置一根與導(dǎo)軌垂直、質(zhì)量m=、電阻r=，桿和導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，導(dǎo)軌處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B=、方向垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．用輕繩通過(guò)定滑輪將電動(dòng)小車與桿的中點(diǎn)相連，滑輪與桿之間的連線平行于斜面，開(kāi)始時(shí)小車位于滑輪正下方水平面上
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