(浙江選考)2019高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題七 計算題題型強化 第4講 加試第23題 電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用學(xué)案

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1、 第4講 加試第23題 電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用 題型1 電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題 1.基本特點 導(dǎo)體棒運動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢→感應(yīng)電流→通電導(dǎo)體棒受安培力→合外力變化→加速度變化→速度變化……周而復(fù)始地循環(huán),最終導(dǎo)體棒的加速度等于零,導(dǎo)體棒達(dá)到穩(wěn)定運動狀態(tài),要抓住a=0時速度v達(dá)到最大的特點. 2.基本思路 例1 如圖1所示,豎直平面內(nèi)有兩個半徑為r、光滑的圓弧形金屬環(huán),在M、N處分別與距離為2r、足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌ME、NF相接,金屬環(huán)最高點A處斷開不接觸.金屬導(dǎo)軌ME、NF的最遠(yuǎn)端EF之間接有電阻為R的小燈泡L.在MN上方及CD下方有水平方向的勻強磁場Ⅰ和Ⅱ,磁感應(yīng)強度大小

2、均為B,磁場Ⅰ和Ⅱ之間的距離為h.現(xiàn)有質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒ab,從金屬環(huán)的最高點A處由靜止下落,在下落過程中導(dǎo)體棒始終保持水平,與金屬及軌道接觸良好.已知導(dǎo)體棒下落時向下的加速度為a.導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場Ⅱ后小燈泡亮度始終不變.重力加速度為g.導(dǎo)體棒、軌道、金屬環(huán)的電阻均不計.求: 圖1 (1)導(dǎo)體棒從A處下落時的速度v1大小; (2)導(dǎo)體棒下落到MN處時的速度v2大?。? (3)將磁場Ⅱ的CD邊界下移一小段距離,分析導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場Ⅱ后小燈泡的亮度變化情況,并說明原因. 答案 (1) (2)  (3)見解析 解析 (1)導(dǎo)體棒下落時,導(dǎo)體棒切割磁感線的有效長度為r 導(dǎo)體棒內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動

3、勢:E=Brv1 回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流:I== 根據(jù)牛頓第二定律得: mg-BI·r=ma 得v1= (2)導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場Ⅱ后小燈泡亮度始終不變,說明導(dǎo)體棒受力平衡,勻速下落,設(shè)此時導(dǎo)體棒的速度為v3,則: mg=F安=B·2r= 解得v3= 從MN下落到CD,v22+2gh=v32 得v2== (3)CD邊界下移一段距離,導(dǎo)體棒ab進(jìn)入磁場Ⅱ時速度大于v3,mg

4、R、匝數(shù)為n的圓形金屬線圈(圖中只畫出1匝)與一個正方形金屬框abcd連接成閉合回路.圓形金屬線圈的半徑為r1,在線圈里面半徑為r2的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直于線圈平面向里的勻強磁場,其磁感應(yīng)強度大小B1與時間t關(guān)系圖線如圖乙所示,圖線與橫、縱軸的截距分別為t0和B0.正方形金屬框abcd的質(zhì)量為m,每條邊的長度和阻值分別為L和R,放置于豎直平面內(nèi),金屬框兩頂點a、b通過導(dǎo)線與圓形金屬線圈的兩端點相連,金屬框abcd所在的空間存在有垂直金屬框水平向外的勻強磁場,金屬框恰好處于靜止?fàn)顟B(tài).導(dǎo)線電阻不計,導(dǎo)線對a、b點的作用力不計,重力加速度為g.求t1時刻: 圖2 (1)通過金屬框ab邊的電流方

5、向; (2)通過金屬框ab邊的電流大?。? (3)金屬框所在處勻強磁場的磁感應(yīng)強度B2大?。? 答案 (1)b流向a (2) (3) 解析 (1)金屬框恰好處于靜止?fàn)顟B(tài),所受安培力與重力平衡,根據(jù)左手定則判定,通過金屬框ab邊上的電流方向為b流向a. (2)由法拉第電磁感應(yīng)定律得感應(yīng)電動勢為E=n=nπr= 由閉合電路歐姆定律得,通過導(dǎo)線的總電流大小為 I=== 通過金屬框ab邊的電流大小Iab=I= (3)通過金屬框cd邊的電流大小Icd=I= 金屬框受重力和安培力,處于靜止?fàn)顟B(tài),有 mg=B2IabL+B2IcdL 聯(lián)立解得B2= 題型2 電磁感應(yīng)中的動力學(xué)和能量問題

6、 1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象遵守能量守恒定律,電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電能,一定是由其他形式的能轉(zhuǎn)化而來的,從電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的機理來區(qū)分,分為兩種情況: (1)單純的磁場變化:磁能→電能→電路中的內(nèi)能(或其他形式的能); (2)導(dǎo)體切割磁感線:機械能→電能→電路中的內(nèi)能(或其他形式的能). 2.導(dǎo)體切割磁感線而產(chǎn)生的電能,必定等于導(dǎo)體克服安培力做的功,即產(chǎn)生的電能是用克服安培力做的功來量度的. 3.從能量轉(zhuǎn)化的角度分析電磁感應(yīng)過程,必須牢牢抓住能量守恒這一基本規(guī)律.分析的基本思路是: 受力分析→弄清哪些力做功,做正功還是負(fù)功→明確有哪些形式的能參與轉(zhuǎn)化,哪些增哪些減→由能量守恒定律列方程求解.

7、 例2 (2018·慈溪市期末)如圖3甲所示,彎折成90°角的兩根足夠長金屬導(dǎo)軌平行放置,形成左右兩導(dǎo)軌平面,左導(dǎo)軌平面與水平面成53°角,右導(dǎo)軌平面與水平面成37°角,兩導(dǎo)軌相距L=0.2 m,電阻不計.質(zhì)量均為m=0.1 kg,電阻均為R=0.1 Ω的金屬桿ab、cd與導(dǎo)軌垂直接觸形成閉合回路,金屬桿與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)均為μ=0.5,整個裝置處于磁感應(yīng)強度大小為B=1.0 T,方向平行于左導(dǎo)軌平面且垂直右導(dǎo)軌平面向上的勻強磁場中.t=0時刻開始,ab桿以初速度v1沿右導(dǎo)軌平面下滑.t=1 s時刻開始,對ab桿施加一垂直ab桿且平行右導(dǎo)軌平面向下的力F,使ab開始做勻加速直線運動.cd桿

8、運動的v-t圖象如圖乙所示(其中第1 s、第3 s內(nèi)圖線為直線).若兩桿下滑過程均保持與導(dǎo)軌垂直且接觸良好,g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8.求: 圖3 (1)在第1 s內(nèi)cd桿受到的安培力的大小; (2)ab桿的初速度v1的大?。? (3)若第2 s內(nèi)力F所做的功為9 J,求第2 s內(nèi)cd桿所產(chǎn)生的焦耳熱. 答案 (1)0.2 N (2)1 m/s (3)3 J 解析 (1)ab桿沿右側(cè)導(dǎo)軌下滑,根據(jù)右手定則可知ab桿中感應(yīng)電流由a到b,則cd桿中電流由d到c,根據(jù)左手定則可知cd桿受到的安培力垂直于左側(cè)導(dǎo)軌向下. 根據(jù)v-t圖象可知,cd桿

9、在第1 s內(nèi)的加速度a1==4 m/s2 對cd桿受力分析,根據(jù)牛頓第二定律,有 mgsin 53°-μ(mgcos 53°+F安)=ma1 解得安培力F安=0.2 N (2)對cd桿:安培力F安=BIL 回路中電流I==1 A 對ab桿:感應(yīng)電動勢E=I·2R=0.2 V 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E=BLv1 解得:ab桿的初速度v1==1 m/s (3)根據(jù)題圖v-t圖象可知,cd桿在第3 s內(nèi)做勻減速運動,加速度a2==-4 m/s2 對cd桿受力分析,根據(jù)牛頓第二定律,有 mgsin 53°-μ(mgcos 53°+F安′)=ma2 解得安培力F安′=1.8 N

10、 由F安′=BI′L==可得 2 s時ab桿的速度v2==9 m/s 第1 s內(nèi),對ab桿受力分析,有mgsin 37°-μmgcos 37°-BIL=0, 則第1 s內(nèi)ab桿勻速運動. 第2 s內(nèi)ab桿做勻加速運動,ab桿的位移x2=(v1+v2)t=5 m 對ab桿,根據(jù)動能定理,有 WF+mgx2sin 37°-μmgx2cos 37°+W安=mv22-mv12 解得安培力做功W安=-6 J 回路中產(chǎn)生的焦耳熱Q=-W安=2Qcd 故第2 s內(nèi)cd桿所產(chǎn)生的焦耳熱Qcd=3 J 2.(2018·諾丁漢大學(xué)附中期中)如圖4甲所示,兩根足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌MN、P

11、Q被固定在水平面上,導(dǎo)軌間距L=0.6 m,兩導(dǎo)軌的左端用導(dǎo)線連接電阻R1及理想電壓表,電阻r=2 Ω的金屬棒垂直于導(dǎo)軌靜止在AB處;右端用導(dǎo)線連接電阻R2,已知R1=2 Ω,R2=1 Ω,導(dǎo)軌及導(dǎo)線電阻均不計.在矩形區(qū)域CDEF內(nèi)有豎直向上的磁場,CE=0.2 m,磁感應(yīng)強度隨時間的變化如圖乙所示.在t=0時刻開始,對金屬棒施加一水平向右的恒力F,從金屬棒開始運動直到離開磁場區(qū)域的整個過程中電壓表的示數(shù)保持不變.求: 圖4 (1)t=0.1 s時電壓表的示數(shù); (2)恒力F的大小; (3)從t=0時刻到金屬棒運動出磁場的過程中整個電路產(chǎn)生的熱量Q. 答案 (1)0.3 V 

12、(2)0.27 N (3)0.09 J 解析 (1)設(shè)磁場寬度為d=CE,在0~0.2 s的時間內(nèi),有 E= E=Ld=0.6 V 此時,R1與金屬棒r并聯(lián),再與R2串聯(lián) R=R并+R2=2 Ω 得U=R并=0.3 V (2)金屬棒進(jìn)入磁場后,有 I′=+=0.45 A FA=BI′L 即FA=1×0.45×0.6 N=0.27 N 由于金屬棒進(jìn)入磁場后電壓表示數(shù)始終不變,所以金屬棒做勻速運動,有 F=FA 得F=0.27 N (3)金屬棒在0~0.2 s的運動時間內(nèi),有 Q1=t=0.036 J 金屬棒進(jìn)入磁場后,因電壓表示數(shù)保持不變,故切割磁感線速度v不變,

13、則WF+WA=0 WF=F·d=0.27×0.2 J=0.054 J 根據(jù)能量轉(zhuǎn)化規(guī)律Q2=-WA=0.054 J 故Q總=Q1+Q2=0.09 J 3.(2018·紹興市選考診斷)某興趣小組設(shè)計了一種利用開、關(guān)門來發(fā)電的裝置,如圖5甲所示.門ABCD可繞AD軸無摩擦轉(zhuǎn)動90°,其BC邊是質(zhì)量m=2 kg、電阻r=5 Ω的金屬條,門的其他部分為絕緣體且質(zhì)量忽略不計,AB=1 m,BC=2 m,金屬條B、C兩端用導(dǎo)線連接電阻R=5 Ω的小燈泡組成閉合回路,門角B點與墻面間連有一輕質(zhì)彈簧(圖中未畫出).門關(guān)閉時,門邊BC處于Ⅰ位置,此時彈簧處于原長;門打開90°時,門邊BC處于Ⅳ位置,此時

14、彈簧拉伸最長.在門邊BC轉(zhuǎn)動路徑的Ⅱ到Ⅲ位置區(qū)域,存在高2米、圓心角為45°的柱形輻向磁場區(qū)域AMNFDAE,如圖乙所示.BC邊轉(zhuǎn)動路徑附近的磁感應(yīng)強度為B=1 T.現(xiàn)用力推門,使門從Ⅰ位置由靜止開始轉(zhuǎn)動,以恒定的角速度ω=1 rad/s經(jīng)過磁場區(qū)域,當(dāng)門邊BC轉(zhuǎn)過Ⅲ時撤去F,門剛好能轉(zhuǎn)過90°到達(dá)Ⅳ位置而速度減為0,此后又在彈簧作用下被彈回,直至關(guān)閉,已知此過程中推力做功為WF=1.5 J.其中π取3. 圖5 (1)門邊BC剛轉(zhuǎn)到Ⅱ位置進(jìn)入磁場瞬間,通過燈泡的電流方向如何(選答“B→C”或“C→B”)? (2)門邊BC剛轉(zhuǎn)到Ⅱ位置進(jìn)入磁場瞬間,求燈泡兩端的電壓U; (3)已知門剛

15、好關(guān)閉前的角速度ω=1 rad/s,求門彈回直至關(guān)閉過程中小燈泡消耗的電能. 答案 (1)B→C (2)1 V (3)0.1 J 解析 (1)根據(jù)右手定則,通過燈泡的電流方向為B→C. (2)門剛好進(jìn)入磁場時,門BC邊切割磁感線的速度v=ωLAB=1 m/s 產(chǎn)生的電動勢E=BLv=1×2×1 V=2 V 回路中電流為I== A=0.2 A 燈泡兩端的電壓U=IR=1 V (3)在門打開過程中,BC邊克服安培力做功,回路中產(chǎn)生焦耳熱 Q1=I2(R+r)t=0.3 J 門關(guān)閉前的速度v=ωLAB=1 m/s 此時門邊BC具有的動能Ek=mv2=1 J 整個過程中,根據(jù)能量

16、守恒,外力做功轉(zhuǎn)化為焦耳熱和門增加的動能 則回路總的焦耳熱Q總=WF-ΔEk=0.5 J 因此門彈回直至關(guān)閉過程中產(chǎn)生的電能Q2=Q總-Q1=0.2 J 燈泡上消耗的電能Q燈==0.1 J 專題強化練 1.如圖1所示,勻強磁場垂直銅環(huán)所在的平面,磁感應(yīng)強度為B.導(dǎo)體棒A的一端固定在銅環(huán)的圓心O處,可繞O勻速轉(zhuǎn)動,與半徑分別為r1、r2的銅環(huán)有良好接觸.通過電刷把大小銅環(huán)與兩水平平行金屬板P、Q連接成如圖所示的電路,R1、R2是定值電阻,R1=R0,R2=2R0.質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電小球通過絕緣細(xì)線掛在P、Q兩板間,細(xì)線能承受的最大拉力為3mg,已知:導(dǎo)體棒與銅環(huán)電阻不計,P、

17、Q兩板間距為d;重力加速度為g.現(xiàn)閉合開關(guān),求: 圖1 (1)當(dāng)細(xì)線對小球的拉力小于mg時,導(dǎo)體棒A轉(zhuǎn)動的方向; (2)當(dāng)細(xì)線對小球恰好無拉力時,電路消耗的電功率; (3)細(xì)線恰好斷裂時,導(dǎo)體棒轉(zhuǎn)動的角速度至少多大. 答案 (1)逆時針 (2) (3) 解析 (1)當(dāng)細(xì)線對小球的拉力小于mg,則平行金屬板間有向上的電場,即Q板帶正電,由右手定則知導(dǎo)體棒A沿逆時針方向轉(zhuǎn)動. (2)q=mg,U2= 電路中的電流I== P總=I2R總=I2(R1+R2)= (3)細(xì)線恰好斷裂時,F(xiàn)T=3mg,F(xiàn)T=mg+q,得U2′= 所以電動勢E=U2′=,E==Bω(r12-r22)

18、,所以ω= 2.(2018·牌頭中學(xué)期中)如圖2所示,兩根光滑的平行金屬導(dǎo)軌相距為d,電阻不計,在其左端接有阻值為R的電阻.MN為一根長度也為d、質(zhì)量為m、電阻為r的金屬桿,垂直導(dǎo)軌放置,并與導(dǎo)軌接觸良好,整個裝置處于方向垂直導(dǎo)軌平面向下、磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中,開始時桿MN處于靜止?fàn)顟B(tài).某時刻(t=0)對桿MN施加一個平行導(dǎo)軌方向的水平力F,使之做加速度為a的勻加速直線運動.(導(dǎo)軌足夠長) 圖2 (1)判斷M、N兩端的電勢高低; (2)求t=t1時刻桿MN兩端的電壓; (3)求水平力F隨時間t變化的關(guān)系式. 答案 (1)φM>φN (2) (3)F=+ma 解析 (

19、1)由右手定則可知,φM>φN (2)t1時刻的速度:v1=at1 感應(yīng)電動勢E1=Bdv1 感應(yīng)電流I1= 桿MN兩端的電壓U1=I1R= (3)由牛頓第二定律可得F-BId=ma 其中I= E=Bdv v=at 聯(lián)立解得F=+ma 3.(2018·杭州市重點中學(xué)期末)如圖3所示,兩根足夠長且平行的光滑金屬導(dǎo)軌所在平面與水平面成α=53°角,兩導(dǎo)軌間距l(xiāng)=1.0 m,導(dǎo)軌間接一個阻值為R=3.0 Ω的電阻,導(dǎo)軌電阻忽略不計.在兩平行虛線間有一與導(dǎo)軌所在平面垂直的勻強磁場,磁感應(yīng)強度B=1.0 T,寬度d未知.導(dǎo)體棒a的質(zhì)量為m1=0.10 kg、接入電路的電阻為R1=6.

20、0 Ω;導(dǎo)體棒b的質(zhì)量為m2=0.20 kg、接入電路的電阻為R2=3.0 Ω,它們分別垂直導(dǎo)軌放置并始終與導(dǎo)軌接觸良好.現(xiàn)從圖中的M、N處同時將a、b由靜止釋放,運動過程中它們都能勻速穿過磁場區(qū)域,且當(dāng)a剛出磁場時b正好進(jìn)入磁場.(sin 53°=0.8,cos 53°=0.6,g取10 m/s2,a、b電流間的相互作用不計),求: 圖3 (1)a棒進(jìn)入磁場前的加速度大?。? (2)a棒在磁場中運動的速度大?。? (3)a、b棒全部穿過磁場過程中,回路中產(chǎn)生的總熱量. 答案 (1)8 m/s2 (2)6 m/s (3)3.6 J 解析 (1)由牛頓第二定律得,m1gsin α=m

21、1a a=gsin α=8 m/s2 (2)a棒在磁場中受力平衡:m1gsin α=BIl 又I= E=Blva 解得va=6 m/s (3)由(2)同樣方法可求得vb=8 m/s a在磁場中運動時間t==0.25 s 磁場寬度d=vat=1.5 m 回路產(chǎn)生的總熱量Q=(m1+m2)gdsin α=3.6 J 4.(2018·義烏市模擬)如圖4所示,間距為L、光滑的足夠長的金屬導(dǎo)軌(金屬導(dǎo)軌的電阻不計)所在斜面傾角為α,兩根同材料、長度均為L、橫截面均為圓形的金屬棒CD、PQ放在斜面導(dǎo)軌上,已知CD棒的質(zhì)量為m、電阻為R,PQ棒的圓截面的半徑是CD棒圓截面的2倍,磁感應(yīng)強

22、度為B的勻強磁場垂直于導(dǎo)軌所在平面向上,兩根勁度系數(shù)均為k、相同的彈簧一端固定在導(dǎo)軌的下端,另一端連著金屬棒CD,開始時金屬棒CD靜止,現(xiàn)用一恒力平行于導(dǎo)軌所在平面向上拉金屬棒PQ,使金屬棒PQ由靜止開始運動,當(dāng)金屬棒PQ達(dá)到穩(wěn)定時,彈簧的形變量與開始時相同.已知金屬棒PQ開始運動到穩(wěn)定的過程中通過CD棒的電荷量為q,此過程可以認(rèn)為CD棒緩慢地移動,已知題設(shè)物理量符合=mgsin α的關(guān)系式,求此過程中(要求結(jié)果均用m、g、k、α來表示): 圖4 (1)CD棒移動的距離; (2)PQ棒移動的距離; (3)恒力所做的功. 答案 (1) (2) (3) 解析 (1)開始時彈簧是壓縮

23、的,當(dāng)向上的安培力增大時,彈簧的壓縮量減小,安培力等于CD棒重力平行于斜面的分量時,彈簧恢復(fù)到原長,安培力繼續(xù)增大,彈簧伸長,由題意可知,當(dāng)彈簧的伸長量等于開始的壓縮量時達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),此時的彈力與原來的彈力大小相等、方向相反.兩彈簧向上的彈力等于CD棒重力平行于斜面的分量,即2F彈=mgsin α,彈簧的形變量為Δx= CD棒移動的距離ΔsCD=2Δx= (2)PQ棒的圓截面半徑是CD棒圓截面的2倍,則mPQ=4m,RPQ=R, 在達(dá)到穩(wěn)定過程中兩棒之間距離增大Δs,由兩金屬棒組成的閉合回路中的磁通量發(fā)生變化,產(chǎn)生感應(yīng)電動勢為:== 感應(yīng)電流為:== 所以,回路中通過的電荷量即CD棒

24、中的通過的電荷量為 q=Δt= 由此可得兩棒距離增大值:Δs= PQ棒沿導(dǎo)軌上滑距離應(yīng)為CD棒沿斜面上滑距離和兩棒距離增大值之和 PQ棒沿導(dǎo)軌上滑距離為: ΔsPQ=Δs+ΔsCD=+= (3)CD棒達(dá)到穩(wěn)定時,受力平衡,安培力為 F安=mgsin α+2F彈=2mgsin α. 金屬棒PQ達(dá)到穩(wěn)定時,恒力 F=F安+4mgsin α=6mgsin α 恒力做功為 W=FΔsPQ=6mgsin α·= 5.(2017·杭州市高三上期末)某同學(xué)在學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)后,認(rèn)為電磁阻尼能夠承擔(dān)電梯減速時大部分制動的負(fù)荷, 從而減小傳統(tǒng)制動器的磨損.如圖5甲所示,是該同學(xué)設(shè)計的電磁阻尼

25、制動器的原理圖.電梯箱與配重質(zhì)量都為 M,通過高強度繩子套在半徑r1的承重轉(zhuǎn)盤上,且繩子與轉(zhuǎn)盤之間不打滑.承重轉(zhuǎn)盤通過固定轉(zhuǎn)軸與制動轉(zhuǎn)盤相連.制動轉(zhuǎn)盤上固定了半徑為r2和r3 的內(nèi)外兩個金屬圈(如圖乙),金屬圈內(nèi)阻不計.兩金屬圈之間用三根互成 120°的輻向?qū)w棒連接,每根導(dǎo)體棒電阻均為R. 制動轉(zhuǎn)盤放置在一對勵磁線圈之間,勵磁線圈產(chǎn)生垂直于制動轉(zhuǎn)盤的勻強磁場(磁感應(yīng)強度為B),磁場區(qū)域限制在120°輻向角內(nèi),如圖乙陰影區(qū)所示. 若電梯箱內(nèi)放置質(zhì)量為m的貨物一起以速度v豎直上升,電梯箱離終點(圖中未畫出)高度為h時關(guān)閉動力系統(tǒng),僅開啟電磁制動,一段時間后,電梯箱恰好到達(dá)終點. 圖5

26、 (1)若在開啟電磁制動瞬間,三根金屬棒的位置剛好在圖乙所示位置,則此時制動轉(zhuǎn)盤上的電動勢 E為多少? 此時a與 b之間的電勢差有多大? (2)若忽略轉(zhuǎn)盤的質(zhì)量,且不計其他阻力影響,則在上述制動過程中,制動轉(zhuǎn)盤產(chǎn)生的熱量是多少? (3)若要提高制動的效果,試對上述設(shè)計做出兩處改進(jìn). 答案 見解析 解析 (1)設(shè)承重轉(zhuǎn)盤的角速度為ω,則制動轉(zhuǎn)盤的角速度也為ω. 則ω= va=ωr3 vb=ωr2 E= 聯(lián)立解得:E= I= Uab=I·0.5R 聯(lián)立解得:Uab= (2)Q+mgh=(m+2M)v2 解得:Q=(m+2M)v2-mgh (3)增加勵磁電流;減小金屬棒的電

27、阻; 增加金屬棒的數(shù)目(用實心的金屬材料做整個金屬盤). 增加外金屬圈的半徑r3; 減小內(nèi)金屬圈的半徑r2; 減小承重轉(zhuǎn)盤的半徑r1.(任選兩項即可) 6.(2018·金華市十校聯(lián)考)如圖6所示,PM、QN是兩根光滑圓弧導(dǎo)軌,圓弧半徑為d、間距為L,最低點M、N在同一水平高度,導(dǎo)軌電阻不計,在其上端連有一阻值為R的電阻,整個裝置處于豎直向上的勻強磁場中,磁感應(yīng)強度大小為B.現(xiàn)有一根長度稍大于L、質(zhì)量為m、阻值為R的金屬棒,從導(dǎo)軌的頂端PQ處由靜止開始下滑,到達(dá)底端MN時對導(dǎo)軌的壓力為2mg,重力加速度為g.求: 圖6 (1)金屬棒到達(dá)導(dǎo)軌底端MN時電阻R兩端的電壓; (2)

28、金屬棒從導(dǎo)軌頂端PQ下滑到底端MN過程中,電阻R產(chǎn)生的熱量; (3)金屬棒從導(dǎo)軌頂端PQ下滑到底端MN過程中,通過電阻R的電荷量. 答案 (1)BL (2) (3) 解析 (1)在導(dǎo)軌的底端MN處,金屬棒對導(dǎo)軌的壓力FN=2mg 軌道對金屬棒的支持力大小為FN′=FN=2mg 則有FN′-mg=m 解得v= 金屬棒切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E=BLv 金屬棒到達(dá)底端時電阻R兩端的電壓U==BL (2)金屬棒從導(dǎo)軌頂端PQ下滑到底端MN過程中,由能量守恒定律得: mgd=Q+mv2 解得Q=mgd 電阻R上產(chǎn)生的熱量QR=Q= (3)由q=I·Δt I= E== 聯(lián)立解得q= 15

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