高考物理二轮复习专题检测二十三电磁感应中的动力学和能量问题.doc
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1、1 / 13【2019【2019 最新最新】精选高考物理二轮复习专题检测二十三电磁精选高考物理二轮复习专题检测二十三电磁感应中的动力学和能量问题感应中的动力学和能量问题1如图甲是半径为 a 的圆形导线框,电阻为 R,虚线是圆的一条弦,虚线左右两侧导线框内磁场的磁感应强度随时间变化如图乙所示,设垂直线框向里的磁场方向为正,求:(1)线框中 0t0 时间内的感应电流大小和方向;(2)线框中 0t0 时间内产生的热量。解析:(1)设虚线左侧的面积为 S1,右侧的面积为 S2,则根据法拉第电磁感应定律得,向里的变化磁场产生的感应电动势为E1S1B1 t感应电流方向为逆时针方向。向外的变化磁场产生的感应
2、电动势为 E2S2B2 t感应电流方向为逆时针方向。从题图乙中可以得到,B0 t0感应电流为 Ia2B0 Rt0方向为逆时针方向。(2)根据焦耳定律可得 QI2Rt0。答案:(1) 逆时针方向 (2) 2.如图所示,足够长的金属导轨 MN、PQ 平行放置,间距为 L,与水平面成 角,导轨与定值电阻 R1 和 R2 相连,且 R1R2R,R1 支路串联开关 S,原来 S 闭2 / 13合。匀强磁场垂直导轨平面向上,有一质量为 m、有效电阻也为 R的导体棒 ab 与导轨垂直放置,它与导轨粗糙接触且始终接触良好。现将导体棒 ab 从静止释放,沿导轨下滑,当导体棒运动达到稳定状态时速率为 v,此时整个
3、电路消耗的电功率为重力功率的。已知重力加速度为 g,导轨电阻不计,求:(1)匀强磁场的磁感应强度 B 的大小和达到稳定状态后导体棒ab 中的电流强度 I;(2)如果导体棒 ab 从静止释放沿导轨下滑 x 距离后达到稳定状态,这一过程回路中产生的电热是多少?解析:(1)回路中的总电阻为:R 总R当导体棒 ab 以速度 v 匀速下滑时棒中的感应电动势为:EBLv此时棒中的感应电流为:IE R总此时回路的总电功率为:P 电I2R 总此时重力的功率为:P 重mgvsin 根据题给条件有:P 电P 重,解得:I mgvsin 2RB 。(2)设导体棒 ab 与导轨间的滑动摩擦力大小为 Ff,根据能量守恒
4、定律可知:mgvsin Ffv解得:Ffmgsin 导体棒 ab 减少的重力势能等于增加的动能、回路中产生的焦耳热以及克服摩擦力做功的和mgsin xmv2QFfx解得:Qmgsin xmv2。3 / 13答案:(1) mgvsin 2R(2)mgsin xmv23.如图所示,两根正对的平行金属直轨道MN、MN位于同一水平面上,两轨道之间的距离 l0.50 m。轨道的 MM端接一阻值为R0.50 的定值电阻。直轨道的右端处于竖直向下、磁感应强度为 B0.60 T 的匀强磁场中,磁场区域的右边界为 NN,宽度为d0.80 m。NN端与两条位于竖直面内的半圆形光滑金属轨道NP、NP平滑连接,两半圆
5、形轨道的半径均为 R00.50 m。现有一导体杆 ab 静止在距磁场的左边界 s2.0 m 处,其质量 m0.20 kg、电阻 r0.10 。ab 杆在与杆垂直的水平恒力 F2.0 N 的作用下开始运动,当运动至磁场的左边界时撤去 F,杆穿过磁场区域后,沿半圆形轨道运动,结果恰好能通过半圆形轨道的最高位置PP。已知杆始终与轨道垂直,杆与直轨道之间的动摩擦因数0.10,轨道电阻忽略不计,取 g10 m/s2。求:(1)导体杆通过 PP后落到直轨道上的位置离 NN的距离;(2)导体杆穿过磁场的过程中通过电阻 R 的电荷量;(3)导体杆穿过磁场的过程中整个电路产生的焦耳热。解析:(1)设导体杆运动到
6、半圆形轨道最高位置的速度为 v,因导体杆恰好能通过轨道最高位置,由牛顿第二定律得 mgmv2 R0导体杆通过 PP后做平抛运动 xvt2R0gt2解得:x1 m。4 / 13(2)qt,BldI联立解得:q0.4 C。(3)设导体杆在 F 的作用下运动至磁场的左边界时的速度为v1,由动能定理有(Fmg)smv12解得:v16.0 m/s在导体杆从刚进磁场到滑至最高位置的过程中,由能量守恒定律有mv12Qmg2R0mv2mgd1 2解得:Q0.94 J。答案:(1)1 m (2)0.4 C (3)0.94 J4如图甲所示,电阻不计、间距为 l 的平行长金属导轨置于水平面内,阻值为 R 的导体棒
7、ab 固定连接在导轨左端,另一阻值也为R 的导体棒 ef 垂直放置在导轨上,ef 与导轨接触良好,并可在导轨上无摩擦移动。现有一根轻杆一端固定在 ef 中点,另一端固定于墙上,轻杆与导轨保持平行,ef、ab 两棒间距为 d。若整个装置处于方向竖直向下的匀强磁场中,且从某一时刻开始,磁感应强度 B 随时间 t 按图乙所示的方式变化。(1)求在 0t0 时间内流过导体棒 ef 的电流的大小与方向;(2)求在 t02t0 时间内导体棒 ef 产生的热量;(3)1.5t0 时刻杆对导体棒 ef 的作用力的大小和方向。解析:(1)在 0t0 时间内,磁感应强度的变化率B0 t0产生感应电动势的大小 E1
8、SldB0ld t05 / 13流过导体棒 ef 的电流大小 I1B0ld 2Rt0由楞次定律可判断电流方向为 ef。(2)在 t02t0 时间内,磁感应强度的变化率2B0 t0产生感应电动势的大小 E2Sld2B0ld t0流过导体棒 ef 的电流大小 I2B0ld Rt0该时间内导体棒 ef 产生的热量 QI22Rt0。(3)1.5t0 时刻,磁感应强度 BB0导体棒 ef 受安培力:FB0I2lB02l2d Rt0方向水平向左根据导体棒 ef 受力平衡可知杆对导体棒的作用力为FF,负号表示方向水平向右。答案:(1),方向为 ef (2)B02l2d2 Rt0(3),方向水平向右5.(20
9、18 届高三常州调研)如图所示,水平面内有两根足够长的平行导轨 L1、L2,其间距 d0.5 m,左端接有容量 C2 000 F 的电容。质量 m20 g 的导体棒可在导轨上无摩擦滑动,导体棒和导轨的电阻不计。整个空间存在着垂直导轨所在平面的匀强磁场,磁感应强度 B2 T。现用一沿导轨方向向右的恒力 F10.44 N 作用于导体棒,使导体棒从静止开始运动,经 t 时间后到达 B 处,速度v5 m/s。此时,突然将拉力方向变为沿导轨向左,大小变为 F2,又经 2t 时间后导体棒返回到初始位置 A 处,整个过程电容器未被击穿。求6 / 13(1)导体棒运动到 B 处时,电容 C 上的电量;(2)t
10、 的大小;(3)F2 的大小。解析:(1)当导体棒运动到 B 处时,电容器两端电压为UBdv20.55 V5 V此时电容器的带电量qCU2 0001065 C1102 C。(2)导体棒在 F1 作用下有 F1BIdma1,又 I,a1v t联立解得:a120 m/s2则 t0.25 s。(3)由(2)可知导体棒在 F2 作用下,运动的加速度a2,方向向左,又 a1t2a1t2t1 2a22t2将相关数据代入解得 F20.55 N。答案:(1)1102 C (2)0.25 s (3)0.55 N6(2014江苏高考)如图所示,在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨,导轨间距为 L,长为 3d,导轨平
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- 高考 物理 二轮 复习 专题 检测 十三 电磁感应 中的 动力学 能量 问题
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