《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》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《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(5頁珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、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R=0.1 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m=0.5 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,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5 T.a(chǎn)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
2、h=0.3 m時(shí),測(cè)得U=0.15 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g=10 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)鋁塊的速度大小;
(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U=E=BR·=BωR2
v=rω=ωR
所以v==2 m/s.
(3)ΔE=mgh-mv2
ΔE=0.5 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θ=30°的斜面上,導(dǎo)軌電阻不計(jì),間距L=
3、0.4 m,導(dǎo)軌所在空間被分成區(qū)域Ⅰ和Ⅱ,兩區(qū)域的邊界與斜面的交線為MN.Ⅰ中的勻強(qiáng)磁場方向垂直斜面向下,Ⅱ中的勻強(qiáng)磁場方向垂直斜面向上,兩磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B=0.5 T.在區(qū)域Ⅰ中,將質(zhì)量m1=0.1 kg、電阻R1=0.1 Ω的金屬條ab放在導(dǎo)軌上,ab剛好不下滑.然后,在區(qū)域Ⅱ中將質(zhì)量m2=0.4 kg,電阻R2=0.1 Ω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Ⅱ的磁場中,ab、cd始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸,取g=10 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
4、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x=3.8 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Fmax=m1gsin θ①
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E=BLv②
設(shè)電路中的感應(yīng)電流為I,由閉合電路歐姆定律有
I=③
設(shè)ab所受安培力為F安,有F安=BIL④
此時(shí)ab受到的最大靜摩擦力
5、方向沿斜面向下,由平衡條件有F安=m1gsin θ+Fmax⑤
綜合①②③④⑤式,代入數(shù)據(jù)解得v=5 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 θ=Q總+m2v2
又Q=Q總
解得Q=1.3 J.
3.如圖3所示,兩條平行的金屬導(dǎo)軌相距L=1 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)磁場中.金屬棒MN和PQ的質(zhì)量均為m=0.2 kg,電阻分別為RMN=1 Ω和RPQ=2 Ω.MN置于水平導(dǎo)軌上,與水平導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=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t=0時(shí)
6、刻起,MN棒在水平外力F1的作用下由靜止開始以a=1 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).t=3 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)0~3 s時(shí)間內(nèi)通過MN棒的電荷量;
(3)求t=6 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:v=0.4x,PQ棒仍然靜止在傾斜軌道上.求MN棒從靜止開始到x=5 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
7、 N,方向沿斜面向下 (4) J
解析 (1)當(dāng)t=3 s時(shí),設(shè)MN的速度為v1,則
v1=at=3 m/s
E1=BLv1
E1=I(RMN+RPQ)
P=I2RPQ
代入數(shù)據(jù)得:B=2 T.
(2)=
q=Δt=
代入數(shù)據(jù)可得:q=3 C
(3)當(dāng)t=6 s時(shí),設(shè)MN的速度為v2,則
v2=at=6 m/s
E2=BLv2=12 V
I2==4 A
F安=BI2L=8 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:
F2+F安cos 37°=mgsin 37°
代入數(shù)據(jù):F2=-5.2 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)
8、,當(dāng)x=5 m時(shí),v=0.4x=0.4×5 m/s=2 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=- J
Q=-W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L=0.5 m,左端連接R=0.5 Ω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.磁感應(yīng)強(qiáng)度的B-t圖象如圖乙所示.電阻不計(jì)質(zhì)量為m=1 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 m.t=0時(shí)刻由PQ位置靜止釋放金屬棒,
9、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)入磁場時(shí)受到的安培力;
(2)在0~6 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h=xPQ-xMN=2.5 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:
mgh=mv2+mv2
金屬棒從靜止出發(fā)做勻變速運(yùn)動(dòng)直至進(jìn)入磁場用時(shí)t1,
由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得:h=t1
解得t1=1 s,
由題圖乙可知此時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2 T,在MN位置進(jìn)入磁場時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E,
由法拉第電磁感應(yīng)定
10、律得:E=BLv
此時(shí)回路中的電流強(qiáng)度為I=
金屬棒進(jìn)入磁場時(shí)安培力為FMN=BIL
聯(lián)立解得FMN=10 N.
(2)進(jìn)入磁場時(shí)對(duì)于物塊和金屬棒組成的系統(tǒng)
FMN=mg
所以金屬棒在磁場中做勻速直線運(yùn)動(dòng)
設(shè)金屬棒在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t2,
由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式:xMN=vt2
解得t2=3 s,
棒運(yùn)動(dòng)4 s被鎖定,0~4 s電路中產(chǎn)生的焦耳熱為
Q1=I2Rt2
鎖定后,由題圖乙=1 T/s,磁場的面積S=LxMN=7.5 m2,設(shè)4~6 s電動(dòng)勢(shì)為E′,
由法拉第電磁感應(yīng)定律:E′=S
4~6 s電路中產(chǎn)生的熱量為Q2=t3
所以0~6 s產(chǎn)生的焦耳熱:Q=Q1+Q2=150 J+225 J=375 J.