高考物理大二輪專題復(fù)習(xí) 考前增分練 計(jì)算題專練部分 應(yīng)用動(dòng)力學(xué)和能量觀點(diǎn)處理電磁感應(yīng)問題

高考物理大二輪專題復(fù)習(xí) 考前增分練 計(jì)算題專練部分 應(yīng)用動(dòng)力學(xué)和能量觀點(diǎn)處理電磁感應(yīng)問題1(xx·浙江·24)某同學(xué)設(shè)計(jì)一個(gè)發(fā)電測(cè)速裝置，工作原理如圖1所示，一個(gè)半徑為R0.1 m的圓形金屬導(dǎo)軌固定在豎直平面上，一根長為R的金屬棒OA，A端與導(dǎo)軌接觸良好，O端固定在圓心處的轉(zhuǎn)軸上轉(zhuǎn)軸的左端有一個(gè)半徑為r的圓盤，圓盤和金屬棒能隨轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤上繞有不可伸長的細(xì)線，下端掛著一個(gè)質(zhì)量為m0.5 kg的鋁塊在金屬導(dǎo)軌區(qū)域內(nèi)存在垂直于導(dǎo)軌平面向右的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.5 Ta點(diǎn)與導(dǎo)軌相連，b點(diǎn)通過電刷與O端相連測(cè)量a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差U可算得鋁塊速度鋁塊由靜止釋放，下落h0.3 m時(shí)，測(cè)得U0.15 V(細(xì)線與圓盤間沒有滑動(dòng)，金屬棒、導(dǎo)軌、導(dǎo)線及電刷的電阻均不計(jì)，重力加速度g10 m/s2)圖1(1)測(cè)U時(shí)，與a點(diǎn)相接的是電壓表的“正極”還是“負(fù)極”？(2)求此時(shí)鋁塊的速度大??；(3)求此下落過程中鋁塊機(jī)械能的損失答案(1)正極(2)2 m/s(3)0.5 J解析(2)由電磁感應(yīng)定律得UEBR·BR2vrR所以v2 m/s.(3)Emghmv2E0.5 J.2(xx·天津·11)如圖2所示，兩根足夠長的平行金屬導(dǎo)軌固定在傾角30°的斜面上，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，間距L0.4 m，導(dǎo)軌所在空間被分成區(qū)域和，兩區(qū)域的邊界與斜面的交線為MN.中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直斜面向下，中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直斜面向上，兩磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B0.5 T在區(qū)域中，將質(zhì)量m10.1 kg、電阻R10.1 的金屬條ab放在導(dǎo)軌上，ab剛好不下滑然后，在區(qū)域中將質(zhì)量m20.4 kg，電阻R20.1 的光滑導(dǎo)體棒cd置于導(dǎo)軌上，由靜止開始下滑cd在滑動(dòng)過程中始終處于區(qū)域的磁場(chǎng)中，ab、cd始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸，取g10 m/s2，問：圖2(1)cd下滑的過程中，ab中的電流方向；(2)ab剛要向上滑動(dòng)時(shí)，cd的速度v多大；(3)從cd開始下滑到ab剛要向上滑動(dòng)的過程中，cd滑動(dòng)的距離x3.8 m，此過程中ab上產(chǎn)生的熱量Q是多少答案(1)由a流向b(2)5 m/s(3)1.3 J解析(1)由右手定則可判斷出cd中的電流方向?yàn)橛蒬到c，則ab中電流方向?yàn)橛蒩流向b.(2)開始放置時(shí)ab剛好不下滑，ab所受摩擦力為最大靜摩擦力，設(shè)其為Fmax，有Fmaxm1gsin 設(shè)ab剛要上滑時(shí)，cd棒的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E，由法拉第電磁感應(yīng)定律有EBLv設(shè)電路中的感應(yīng)電流為I，由閉合電路歐姆定律有I設(shè)ab所受安培力為F安，有F安BIL此時(shí)ab受到的最大靜摩擦力方向沿斜面向下，由平衡條件有F安m1gsin Fmax綜合式，代入數(shù)據(jù)解得v5 m/s.(3)設(shè)cd棒運(yùn)動(dòng)過程中在電路中產(chǎn)生的總熱量為Q總，由能量守恒定律有m2gxsin Q總m2v2又QQ總解得Q1.3 J.3如圖3所示，兩條平行的金屬導(dǎo)軌相距L1 m，金屬導(dǎo)軌的傾斜部分與水平方向的夾角為37°，整個(gè)裝置處在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中金屬棒MN和PQ的質(zhì)量均為m0.2 kg，電阻分別為RMN1 和RPQ2 .MN置于水平導(dǎo)軌上，與水平導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.5，PQ置于光滑的傾斜導(dǎo)軌上，兩根金屬棒均與導(dǎo)軌垂直且接觸良好從t0時(shí)刻起，MN棒在水平外力F1的作用下由靜止開始以a1 m/s2的加速度向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，PQ則在平行于斜面方向的力F2作用下保持靜止?fàn)顟B(tài)t3 s時(shí)，PQ棒消耗的電功率為8 W，不計(jì)導(dǎo)軌的電阻，水平導(dǎo)軌足夠長，MN始終在水平導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)求：圖3(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大?。?2)03 s時(shí)間內(nèi)通過MN棒的電荷量；(3)求t6 s時(shí)F2的大小和方向；(4)若改變F1的作用規(guī)律，使MN棒的運(yùn)動(dòng)速度v與位移x滿足關(guān)系：v0.4x，PQ棒仍然靜止在傾斜軌道上求MN棒從靜止開始到x5 m的過程中，系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量答案(1)2 T(2)3 C(3)大小為5.2 N，方向沿斜面向下(4) J解析(1)當(dāng)t3 s時(shí)，設(shè)MN的速度為v1，則v1at3 m/sE1BLv1E1I(RMNRPQ)PI2RPQ代入數(shù)據(jù)得：B2 T.(2)qt代入數(shù)據(jù)可得：q3 C(3)當(dāng)t6 s時(shí)，設(shè)MN的速度為v2，則v2at6 m/sE2BLv212 VI24 AF安BI2L8 N規(guī)定沿斜面向上為正方向，對(duì)PQ進(jìn)行受力分析可得：F2F安cos 37°mgsin 37°代入數(shù)據(jù)：F25.2 N(負(fù)號(hào)說明力的方向沿斜面向下)(4)MN棒做變加速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)x5 m時(shí)，v0.4x0.4×5 m/s2 m/s因?yàn)樗俣葀與位移x成正比，所以電流I、安培力也與位移x成正比，安培力做功W安BL··x JQW安 J.4如圖4甲所示，電阻不計(jì)的光滑平行金屬導(dǎo)軌固定在水平面上，導(dǎo)軌間距L0.5 m，左端連接R0.5 的電阻，右端連接電阻不計(jì)的金屬卡環(huán)導(dǎo)軌間MN右側(cè)存在方向垂直導(dǎo)軌平面向下的磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的Bt圖象如圖乙所示電阻不計(jì)質(zhì)量為m1 kg的金屬棒與質(zhì)量也為m的物塊通過光滑滑輪由繩相連，繩始終處于繃緊狀態(tài)PQ、MN到右端卡環(huán)距離分別為17.5 m和15 mt0時(shí)刻由PQ位置靜止釋放金屬棒，金屬棒與導(dǎo)軌始終接觸良好，滑至導(dǎo)軌右端被卡環(huán)卡住不動(dòng)(g取10 m/s2)求：圖4(1)金屬棒進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)受到的安培力；(2)在06 s時(shí)間內(nèi)電路中產(chǎn)生的焦耳熱答案(1)10 N(2)375 J解析(1)設(shè)金屬棒到達(dá)MN時(shí)的速度為v，物塊下落的高度為hxPQxMN2.5 m，系統(tǒng)由靜止釋放至金屬棒到達(dá)MN過程中機(jī)械能守恒：mghmv2mv2金屬棒從靜止出發(fā)做勻變速運(yùn)動(dòng)直至進(jìn)入磁場(chǎng)用時(shí)t1，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得：ht1解得t11 s，由題圖乙可知此時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度B2 T，在MN位置進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E，由法拉第電磁感應(yīng)定律得：EBLv此時(shí)回路中的電流強(qiáng)度為I金屬棒進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)安培力為FMNBIL聯(lián)立解得FMN10 N.(2)進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)對(duì)于物塊和金屬棒組成的系統(tǒng)FMNmg所以金屬棒在磁場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)設(shè)金屬棒在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t2，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式：xMNvt2解得t23 s，棒運(yùn)動(dòng)4 s被鎖定，04 s電路中產(chǎn)生的焦耳熱為Q1I2Rt2鎖定后，由題圖乙1 T/s，磁場(chǎng)的面積SLxMN7.5 m2，設(shè)46 s電動(dòng)勢(shì)為E，由法拉第電磁感應(yīng)定律：ES46 s電路中產(chǎn)生的熱量為Q2t3所以06 s產(chǎn)生的焦耳熱：QQ1Q2150 J225 J375 J.