【正文】 強度大小 B隨時間 t的變化關(guān)系如圖乙所示，其中 T0= ．設(shè)小球在運動過程中電荷量保持不變，對原磁場的影響可忽略． （ 1）在 t=0到 t=T0這段時間內(nèi)，小球不受細(xì)管側(cè)壁的作用力，求小球的速度大小 v0； （ 2）在豎直向下的磁感應(yīng)強度增大過程中，將產(chǎn)生渦旋電場，其電場線是在水平面內(nèi)一系列沿逆時針方向的同心圓，同一條電場線上 各點的場強大小相等．試求 t=T0到 t=時間內(nèi)： ① 細(xì)管內(nèi)渦旋電場的場強大小 E； ② 電場力對小球做的功 W． 【考點】 電磁場；電場強度；電磁波的產(chǎn)生． 【專題】 壓軸題． 【分析】 （ 1）在 t=0到 t=T0這段時間內(nèi)，小球不受細(xì)管側(cè)壁的作用力，說明洛倫茲力提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律列式求解； （ 2） ① 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律求解出感應(yīng)電動勢，再進(jìn)一步計算電場強度； ② 先根據(jù)牛頓第二定律求解加速度，計算出路程，再求解電場力的功． 【解答】 解：（ 1）在 t=0到 t=T0這段時間內(nèi)，小球不受細(xì)管側(cè)壁的作用力，說明洛倫茲力提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律，有 解得 v0= （ 2） ① 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動勢為： 電勢差與電場強度的關(guān)系，有： U=E?2πr 由上面兩式解得 E= 其中： 故： E= ② 電場力為： F=Eq= ； 根據(jù)牛頓第二定律，有 F=ma 解得 物體的末速度為： = 根據(jù)動能定理，電場力做的功為： W= = ； 答：（ 1）在 t=0到 t=T0這段時間內(nèi)，小球的速度大小為 ； （ 2）在 t=T0到 t=： ① 細(xì)管內(nèi)渦旋電場的場強大小 E為 ； ② 電場力對小球做的功 W為 ． 【點評】 本題是有關(guān)感應(yīng)加速器的問題，感生電場的電場力做正功，電場力是恒定大小的力，電荷速率隨著時間均勻增加，結(jié)合動能定理、電勢差與電場強度的 關(guān)系公式、牛頓第二定律列式求解． 14．（ 12分）（ 2021秋 ?宿遷校級期末）如圖所示，兩根等高光滑的 圓弧軌道，半徑為 r、間距為 L，軌道電阻不計．在軌道頂端連有一阻值為 R的電阻，整個裝置處在一豎直向上的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度為 B．現(xiàn)有一根長度稍大于 L、質(zhì)量為 m、電阻不計的金屬棒從軌道的頂端 ab處由靜止開始下滑，到達(dá)軌道底端 cd時受到軌道的支持力為 2mg．整個過程中金屬棒與導(dǎo)軌電接觸良好，求： （ 1）棒到達(dá)最低點時的速度大小和通過電阻 R的電流． （ 2）棒從 ab下滑到 cd過程中回路中產(chǎn)生的焦耳熱和通過 R的電荷量． 【考點】 導(dǎo)體切割磁感線時的感應(yīng)電動勢；電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化． 【專題】 計算題；定量思想；尋找守恒量法；電磁感應(yīng) —— 功能問題． 【分析】 （ 1）金屬棒在 cd端時由重力和軌道的支持力的合力提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律求出棒到達(dá)最低點時的速度．由 E=BLv求出感應(yīng)電動勢，再由歐姆定律求通過 R的電流． （ 2）根據(jù)能量守恒定律求回路中產(chǎn)生的焦耳熱．根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律和電量公式推導(dǎo)出電量 表達(dá)式 q= ，來求通過 R的電荷量． 【解答】 解：（ 1）棒到達(dá)最低點時，根據(jù)牛頓第二定律得 N﹣ mg=m 由題得 N=2mg 可得 v= 棒經(jīng)過最低點時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為 E=BLv=BL 通過電阻 R的電流 I= = （ 2）棒從 ab下滑到 cd過程中回路中，根據(jù)能量守恒得： 產(chǎn)生的焦耳熱 Q=mgr﹣ = mgr 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得： = 感應(yīng)電流的平均值 = 通過 R的電荷量 q= △t 聯(lián)立得 q= ， 又 △Φ=BLr 所以可得 q= 答： （ 1）棒到達(dá)最低點時的速度大小是 ，通過電阻 R的電流是 ． （ 2）棒從 ab下滑到 cd過程中回路中產(chǎn)生的焦耳熱為 mgr，通過 R的電荷量是 ． 【點評】 本題是電磁感應(yīng)與力學(xué)知識的綜合，要正確分析能量是如何轉(zhuǎn)化的，熟練推導(dǎo)出感應(yīng)電荷量經(jīng)驗公式 q= ，要注意 R是回路中總的電阻． 15．（ 14分）（ 2021?徐州二模）如圖所示，光滑導(dǎo)軌 MN和 PQ固定在同一水平面上，兩導(dǎo)軌間距為 L，兩端分別接有阻值均為 R的定值電阻 R1和 R2．兩導(dǎo)軌間有一邊長為 的正方形區(qū) 域 abcd，該區(qū)域內(nèi)有方向豎直向下的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為 B．一質(zhì)量為 m的金屬桿與導(dǎo)軌接觸良好并靜止于 ab處，現(xiàn)用一恒力 F沿水平方向拉桿，使之由靜止起向右運動，若桿出磁場前已做勻速運動，不計導(dǎo)軌及金屬桿的電阻．求： （ 1）金屬桿出磁場前的瞬間流過 R1的電流大小和方向； （ 2）金屬桿做勻速運動時的速率； （ 3）金屬桿穿過整個磁場過程中 R1上產(chǎn)生的電熱． 【考點】 導(dǎo)體切割磁感線時的感應(yīng)電動勢；能量守恒定律；閉合電路的歐姆定律． 【專題】 電磁感應(yīng) —— 功能問題． 【分析】 （ 1）桿出磁場前已做勻速運動，恒力 F與安培力平衡，由安培力公式 F=BIL和平衡條件求解； （ 2）桿產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 E=Bv ，又根據(jù)閉合歐姆定律得到 E=I ，聯(lián)立可求得速度 v； （ 3）金屬桿穿過整個磁場過程中， F做功為 F ，桿獲得的動能為 ，根據(jù)能量守恒定律求解回路中產(chǎn)生 的總熱量，根據(jù)兩個電阻并聯(lián)求解 上產(chǎn)生的電熱． 【解答】 解：（ 1）設(shè)流過金屬桿中的電流為 I，由平衡條件得： F=BI 解得， I= 因 = ，所以流過 的電流大小為 I1= = 根據(jù)右手定則判斷可知，電流方向從 M到 P． （ 2）設(shè)桿做勻速運動的速度為 v，由法拉第電磁感應(yīng)定律得： 桿切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小為 E=Bv 又根據(jù)閉合歐姆定律得到 E=I ， 可解得 v= （ 3）設(shè)整個過程電路中產(chǎn)生的總電熱為 Q，根據(jù)能 量守恒定律得： Q=F ﹣ 代入 v可得 Q= ﹣ ∴Q 1= Q= ﹣ 答： （ 1）金屬桿出磁場前的瞬間流過 的電流大小為 ，方向從 M到 P； （ 2）金屬桿做勻速運動時的速率是 ； （ 3）金屬桿穿過整個磁場過程中 上產(chǎn)生的電熱是 ﹣ ． 【點評】 本題是電磁感應(yīng)中電路問題，掌握安培力公式、閉合電路歐姆定律、法拉第電磁感應(yīng)定律是基礎(chǔ)． 16．（ 15分）（ 2021?江蘇） 1932年，勞倫斯和利文斯設(shè)計出了回旋加速器．回旋加速器的工作原理如圖所示，置于高真空中的 D形金屬盒半徑為 R，兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過的時間可以忽略不計．磁感應(yīng)強度為 B的勻強磁場與盒面垂直． A處粒子源產(chǎn)生的粒子，質(zhì)量為 m、電荷量為 +q，在加速器中被加速，加速電壓為 U．加速過程中不考慮相對論效應(yīng)和重力作用． （ 1）求粒子第 2次和第 1次經(jīng)過兩 D形盒間狹縫后軌道半徑之比； （ 2）求粒子從靜止開始加速到出口處所需的時間 t； （ 3）實際使用中，磁感應(yīng)強度和加 速電場頻率都有最大值的限制．若某一加速器磁感應(yīng)強度和加速電場頻率的最大值分別為 Bm、 fm，試討論粒子能獲得的最大動能 Ekm． 【考點】 質(zhì)譜儀和回旋加速器的工作原理；動能定理． 【專題】 壓軸題；帶電粒子在復(fù)合場中的運動專題． 【分析】 （ 1）狹縫中加速時根據(jù)動能定理，可求出加速后的速度，然后根據(jù)洛倫茲力提供向心力，推出半徑表達(dá)式； （ 2）假設(shè)粒子運動 n圈后到達(dá)出口，則加速了 2n次，整體運用動能定理，再與洛倫茲力提供向心力，粒子運動的固有周期公式聯(lián)立求解； （ 3） Bm對應(yīng)粒子在磁場中運動可提供的最大頻率， fm對應(yīng)加速電場可提供的最大頻率，選兩者較小者，作為其共同頻率，然后求此頻率下的最大動能． 【解答】 解：（ 1）設(shè)粒子第 1次經(jīng)過狹縫后的半徑為 r1，速度為 v1 qU= mv12 qv1B=m 解得 同理，粒子第 2次經(jīng)過狹縫后的半徑 則 ． （ 2）設(shè)粒子到出口處被加速了 n圈 解得 ． （ 3）加速電場的頻率應(yīng)等于粒子在磁場中做圓周運動的頻率，即 當(dāng)磁場感應(yīng)強度為 Bm時，加速電場的頻率應(yīng)為 粒子的動能 當(dāng) fBm≤f m時，粒子的最大動能由 Bm決定 解得 當(dāng) fBm≥f m時，粒子的最大動能由 fm決定 vm=2πf mR解得 答：（ 1） r2： r1= ： 1 （ 2） t= （ 3）當(dāng) fBm≤f m時， EKm= ；當(dāng) fBm≥f m時，EKm= ． 【點評】 此題是帶電粒子在復(fù)合場中運動與動能定理的靈活應(yīng)用，本題每一問都比較新穎，需要學(xué)生反復(fù)琢磨解答過程． 17．（ 15分）（ 2021?南京模擬）如圖所示，在紙面內(nèi)建立直角坐標(biāo)系 xOy，以第 Ⅲ 象限內(nèi)的直線 OM（與負(fù) x軸成 4517