備戰(zhàn)高考物理壓軸題之法拉第電磁感應(yīng)定律(備戰(zhàn)高考題型整理-突破提升)含詳細(xì)答案-資料下載頁(yè)
2025-04-02 00:14本頁(yè)面
【正文】 力F作用下，以水平速度v沿金屬導(dǎo)軌向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體棒ab始終與金屬導(dǎo)軌形成閉合回路．已知導(dǎo)體棒ab的長(zhǎng)度恰好等于平行導(dǎo)軌間距l(xiāng)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，忽略摩擦阻力．(1)求導(dǎo)體棒ab運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E和感應(yīng)電流I；(2)從微觀角度看，導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是由于導(dǎo)體內(nèi)部的自由電荷受到沿棒方向的洛倫茲力做功而產(chǎn)生的．如圖乙(甲圖中導(dǎo)體棒ab)所示，為了方便，可認(rèn)為導(dǎo)體棒ab中的自由電荷為正電荷，每個(gè)自由電荷的電荷量為q，設(shè)導(dǎo)體棒ab中總共有N個(gè)自由電荷．；，推導(dǎo)非靜電力做功的功率等于拉力做功的功率．【答案】(1) (2) 宏觀角度【解析】(1)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)導(dǎo)體棒水平向右勻速運(yùn)動(dòng)，受力平衡，則有聯(lián)立解得：(2)a如圖所示：每個(gè)自由電荷沿導(dǎo)體棒定向移動(dòng)，都會(huì)受到水平向左的洛倫茲力所有自由電荷所受水平向左的洛倫茲力的合力宏觀表現(xiàn)為安培力則有：解得：B, 宏觀角度：非靜電力對(duì)導(dǎo)體棒ab中所有自由電荷做功的功率等于感應(yīng)電源的電功率，則有：拉力做功的功率為：因此，即非靜電力做功的功率等于拉力做功的功率；微觀角度：如圖所示：對(duì)于一個(gè)自由電荷q，非靜電力為沿棒方向所受洛倫茲力非靜電力對(duì)導(dǎo)體棒ab中所有自由電荷做功的功率將u和代入得非靜電力做功的功率拉力做功的功率因此即非靜電力做功的功率等于拉力做功的功率.14．如圖所示，光滑的平行金屬導(dǎo)軌水平放置，電阻不計(jì)，導(dǎo)軌間距為l，左側(cè)接一阻值為R的電阻．區(qū)域cdef內(nèi)存在垂直軌道平面向下的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)寬度為s．一質(zhì)量為m、電阻為r的金屬棒MN置于導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，受到F＝＋(N)(v為金屬棒速度)的水平外力作用，從磁場(chǎng)的左邊界由靜止開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng)，測(cè)得電阻兩端電壓隨時(shí)間均勻增大．(已知：l＝1m，m＝1kg，R＝，r＝，s＝1m)(1)求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大?。?2)若撤去外力后棒的速度v隨位移x的變化規(guī)律滿足 (v0是撤去外力時(shí)，金屬棒速度)，且棒在運(yùn)動(dòng)到ef處時(shí)恰好靜止，則外力F作用的時(shí)間為多少？(3)若在棒未出磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)撤出外力，畫(huà)出棒在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度隨位移變化所對(duì)應(yīng)的各種可能的圖線．【答案】(1)B＝ (2) t＝1s (3)可能的圖像如圖： 【解析】(1)R兩端電壓U∝I∝E∝v，U隨時(shí)間均勻增大，即v隨時(shí)間均勻增大．所以加速度為恒量． 將F＝＋： 因?yàn)榧铀俣葹楹懔?，與v無(wú)關(guān)，所以a＝ m/s2代入數(shù)據(jù)得：B＝ T.(2)設(shè)外力F作用時(shí)間為t. x1＋x2＝s，所以 ＋－1＝0，解方程得t＝1 s或t＝－5 s(舍去)．(3)可能圖線如下：【點(diǎn)睛】根據(jù)物理規(guī)律找出物理量的關(guān)系，通過(guò)已知量得出未知量．要善于對(duì)物體過(guò)程分析和進(jìn)行受力分析，運(yùn)用牛頓第二定律結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式解決問(wèn)題．15．如圖所示，無(wú)限長(zhǎng)金屬導(dǎo)軌EF、PQ固定在傾角為θ＝53176。的光滑絕緣斜面上，軌道間距L＝1 m，底部接入一阻值為R＝ Ω的定值電阻，上端開(kāi)口．垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝2 T．一質(zhì)量為m＝ kg的金屬棒ab與導(dǎo)軌接觸良好，ab與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝，ab連入導(dǎo)軌間的電阻r＝ Ω，電路中其余電阻不計(jì)．現(xiàn)用一質(zhì)量為M＝ kg 的物體通過(guò)一不可伸長(zhǎng)的輕質(zhì)細(xì)繩繞過(guò)光滑的定滑輪與ab相連．由靜止釋放M，當(dāng)M下落高度h＝ m時(shí)，ab開(kāi)始勻速運(yùn)動(dòng)(運(yùn)動(dòng)中ab始終垂直導(dǎo)軌，并接觸良好)．不計(jì)空氣阻力，sin 53176。＝，cos 53176。＝，取g＝10 m/s2．求：(1)ab棒沿斜面向上運(yùn)動(dòng)的最大速度vm；(2)ab棒從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到勻速運(yùn)動(dòng)的這段時(shí)間內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱QR和流過(guò)電阻R的總電荷量q．【答案】（1）3m/s．（2），8C【解析】【分析】【詳解】（1）由題意知，由靜止釋放M后，ab棒在繩拉力T、重力mg、安培力F和軌道支持力N及摩擦力f共同作用下做沿軌道向上做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng)直至勻速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)達(dá)到最大速度時(shí)，由平衡條件有：T﹣mgsinθ﹣F﹣f＝0…①N﹣mgcosθ＝0…②T＝Mg…③又由摩擦力公式得 f＝μN(yùn)…④ab所受的安培力 F＝BIL…⑤回路中感應(yīng)電流 I⑥聯(lián)解①②③④⑤⑥并代入數(shù)據(jù)得：最大速度 vm＝3m/s…⑦（2）由能量守恒定律知，系統(tǒng)的總能量守恒，即系統(tǒng)減少的重力勢(shì)能等于系統(tǒng)增加的動(dòng)能、焦耳熱及摩擦而轉(zhuǎn)化的內(nèi)能之和，有：Mgh﹣mghsinθQ+fh…⑧電阻R產(chǎn)生的焦耳熱 QRQ…⑨根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律和閉合電路歐姆定律有：流過(guò)電阻R的總電荷量 q△t…⑩電流的平均值 ?感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值 ?磁通量的變化量△Φ＝B?（Lh）…?聯(lián)解⑧⑨⑩???并代入數(shù)據(jù)得：QR＝，q＝8C
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