高考物理備考之電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類(lèi)情況壓軸突破訓(xùn)練∶培優(yōu)-易錯(cuò)-難題篇附詳細(xì)答案-資料下載頁(yè)
2025-04-05 05:10本頁(yè)面
【正文】 ，處于垂直導(dǎo)軌面向內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B = 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中一質(zhì)量為m = 的金屬棒 ab與導(dǎo)軌接觸良好，ab 連入導(dǎo)軌間的電阻r = ，電路中其余電阻不計(jì)，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，在電鍵 S 打開(kāi)的情況下，用大小為9N 的恒力 F從靜止開(kāi)始向下拉繩子的自由端，當(dāng)自由端下落高度 h = 時(shí)細(xì)繩突然斷了, 始終垂直導(dǎo)軌，并接觸良好，不計(jì)空氣阻力，取g =10m / s2 試問(wèn)：(1)當(dāng)繩子自由端下落高度大小h = 時(shí)，ab 上的電流方向如何？此時(shí)ab 棒速度的大?。?2)請(qǐng)說(shuō)明細(xì)繩突然斷后 ab 棒的大致運(yùn)動(dòng)情況；(3)當(dāng) ab 棒速度最大時(shí)，定值電阻 R 的發(fā)熱功率。【答案】(1) 4m/s(2)ab 棒先向上做加速度減小的減速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)速度減為零時(shí)再向下做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，最終勻速運(yùn)動(dòng)(3)15W【解析】【詳解】(1)由右手定則可知，ab 上的電流方向?yàn)閎到a；對(duì)于ab棒在力F作用下的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，其受力圖如圖所示根據(jù)牛頓第二定律有：由速度位移公式得：， (2)ab棒先向上做加速度減小的減速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)速度減為零時(shí)再向下做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，最終勻速運(yùn)動(dòng)。(3)對(duì)于ab棒向下作勻速運(yùn)動(dòng)的狀態(tài),其受力圖如圖所示安培力為：根據(jù)平衡條件有：因?yàn)?，所以ab棒的最大運(yùn)動(dòng)速度為5m/s，；14．如圖所示，兩平行光滑的金屬導(dǎo)軌MN、PQ固定在水平面上，相距為L(zhǎng)，處于豎直向下的磁場(chǎng)中，整個(gè)磁場(chǎng)由n個(gè)寬度皆為x0的條形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域…n組成，從左向右依次排列，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小分別為B、2B、3B、…nB，兩導(dǎo)軌左端MP間接入電阻R，一質(zhì)量為m的金屬棒ab垂直于MN、PQ放在水平導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌電接觸良好，不計(jì)導(dǎo)軌和金屬棒的電阻。（1）對(duì)導(dǎo)體棒ab施加水平向右的力，使其從圖示位置開(kāi)始運(yùn)動(dòng)并穿過(guò)n個(gè)磁場(chǎng)區(qū)，求導(dǎo)體棒穿越磁場(chǎng)區(qū)1的過(guò)程中，通過(guò)電阻R的電荷量q。（2）對(duì)導(dǎo)體棒ab施加水平向右的恒力F0，讓它從磁場(chǎng)1左側(cè)邊界處開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，當(dāng)向右運(yùn)動(dòng)距離為時(shí)做勻速運(yùn)動(dòng)，求棒通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)1所用的時(shí)間t。（3）對(duì)導(dǎo)體棒ab施加水平向右的恒定拉力F1，讓它從距離磁場(chǎng)區(qū)1左側(cè)x=x0的位置由靜止開(kāi)始做勻加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)棒ab進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)1時(shí)開(kāi)始做勻速運(yùn)動(dòng)，此后在不同的磁場(chǎng)區(qū)施加不同的水平拉力，使棒ab保持該勻速運(yùn)動(dòng)穿過(guò)整個(gè)磁場(chǎng)區(qū)，求棒ab通過(guò)第i磁場(chǎng)區(qū)時(shí)的水平拉力Fi和棒ab通過(guò)整個(gè)磁場(chǎng)區(qū)過(guò)程中回路產(chǎn)生的電熱Q。【答案】⑴；⑵；⑶【解析】試題分析:⑴電路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。通過(guò)電阻的電荷量。導(dǎo)體棒穿過(guò)1區(qū)過(guò)程。解得（2）棒勻速運(yùn)動(dòng)的速度為v，則設(shè)棒在前x0/2距離運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t1，則由動(dòng)量定律：F0 t1BqL=mv；解得：設(shè)棒在后x0/2勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t2，則所以棒通過(guò)區(qū)域1所用的總時(shí)間：（3）進(jìn)入1區(qū)時(shí)拉力為，速度，則有。解得；。進(jìn)入i區(qū)時(shí)的拉力。導(dǎo)體棒以后通過(guò)每區(qū)都以速度做勻速運(yùn)動(dòng)，由功能關(guān)系有解得。考點(diǎn)：動(dòng)能定理的應(yīng)用；導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化15．如圖所示，水平面內(nèi)有一平行金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌光滑且電阻不計(jì)。勻強(qiáng)磁場(chǎng)與導(dǎo)軌平面垂直。阻值為R的導(dǎo)體棒垂直于導(dǎo)軌靜止放置，且與導(dǎo)軌接觸。t＝0時(shí)，將開(kāi)關(guān)S由1擲到2。用q、i、v和a分別表示電容器所帶的電荷量、棒中的電流、棒的速度和加速度。請(qǐng)定性畫(huà)出以上各物理量隨時(shí)間變化的圖象（qt、it、vt、at圖象）。【答案】圖見(jiàn)解析.【解析】【詳解】開(kāi)關(guān)S由1擲到2，電容器放電后會(huì)在電路中產(chǎn)生電流。導(dǎo)體棒通有電流后會(huì)受到安培力的作用，會(huì)產(chǎn)生加速度而加速運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)體棒切割磁感線，速度增大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=Blv，即增大，則實(shí)際電流減小，安培力F=BIL，即減小，加速度a=F/m，即減小。因?qū)к壒饣?，所以在有電流通過(guò)棒的過(guò)程中，棒是一直加速運(yùn)動(dòng)（變加速）。由于通過(guò)棒的電流是按指數(shù)遞減的，那么棒受到的安培力也是按指數(shù)遞減的，由牛頓第二定律知，它的加速度是按指數(shù)遞減的，故at圖像如圖：由于電容器放電產(chǎn)生電流使得導(dǎo)體棒受安培力運(yùn)動(dòng)，而導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)會(huì)給電容器充電。當(dāng)充電和放電達(dá)到一種平衡時(shí)，導(dǎo)體棒做勻速運(yùn)動(dòng)。則vt圖像如圖：；當(dāng)棒勻速運(yùn)動(dòng)后，棒因切割磁感線有電動(dòng)勢(shì)，所以電容器兩端的電壓能穩(wěn)定在某個(gè)不為0的數(shù)值，即電容器的電量應(yīng)穩(wěn)定在某個(gè)不為0的數(shù)值（不會(huì)減少到0），故qt圖像如圖：這時(shí)電容器的電壓等于棒的電動(dòng)勢(shì)數(shù)值，棒中無(wú)電流。It圖像如圖：
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