2022年高考物理考点训练例题精析专题电磁感应力学综合题.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载电磁感应中的力学问题电磁感应中中学物理的一个重要“ 节点”,不少问题涉及到力和运动、动量和能量、电路 和安培力等多方面的学问,综合性强,也是高考的重点和难点,往往是以“ 压轴题” 形式出 现因此,在二轮复习中,要综合运用前面各章学问处理问题,提高分析问题、解决问题的 才能本学案以高考题入手,通过对例题分析探究,让同学感知高考命题的意图,剖析同学分 析问题的思路,培育才能例 1. 【2003 年高考江苏卷】如右图所示,两根平行金属导端点P、Q 用电阻可忽视的导线相连,两导轨间的距离 l =0.20 m 有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面,已知磁感应强度 B 与时间 t 的关系为 B=kt ,比例系数 k0.020 T s一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动,在滑动过程中保持与导轨垂直在 t=0 时刻,轨固定在水平桌面上,每根导轨 每 m 的电阻为 r 00.10 m,导轨的金属杆紧靠在 P、Q 端,在外力作用下,杆恒定的加速度从静止开头向导轨的另一端滑动,求在 t 6.0 s 时金属杆所受的安培力 解题思路 以 a 示金属杆运动的加速度, 在 t 时刻,金属杆与初始位置的距离 L1 at 2 2此时杆的速度 vat 这时,杆与导轨构成的回路的面积 S=Ll回路中的感应电动势 ES B Blvt而 B kt B B t t Bt kt t回路的总电阻 R 2Lr0回路中的感应电流,IER轨道放置在水平地面上,两轨R作用于杆的安培力FBlI 解得F3k2l2t2r0代入数据为F1.44 × 10-3N 例 2 2000年高考试题 如右上图所示,一对平行光滑道间距 L0.20 m ,电阻 R1.0 ；有一导体杆静止地放在轨道上,与两轨道垂直,杆与轨道的电阻皆可忽视不计,整个装置处于磁感强度B0.50T 的匀强磁场中,磁场方向垂直轨道名师归纳总结 面对下现用一外力F 沿轨道方向拉杆,使之做匀加速运动测得力F 与时间 t 的关系如下第 1 页,共 6 页图所示求杆的质量m和加速度 a解析：导体杆在轨道上做匀加速直线运动,用 v 表示其速度, t 表示时间,就有 vat 杆切割磁感线,将产生感应电动势EBLv 在杆、轨道和电阻的闭合回路中产生电流I=E/R - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 杆受到的安培力为学习好资料欢迎下载F 安=IBL依据牛顿其次定律,有FF 安ma 联立以上各式,得FmaB2l2atR由图线上各点代入式,可解得a10m/s2,m0.1kg 两根平行的金属导例 3 2003年高考新课程理综轨,固定在同一水平面上,磁感强度B0.05T 的匀强磁场与导轨所在平面垂直,导轨的电阻很小,可忽视不计导轨间的距离l 0.20 m两根质量均为m0.10 kg的平行金属杆甲、乙可在导轨上无摩擦地滑动,滑动过程中与导轨保持垂直,每根金属杆的电阻为 R0.50 在 t 0 时刻,两杆都处于静止状态现有一与导轨平行、大小为 0.20 N的恒力 F 作用于金属杆甲上,使金属杆在导轨上滑动经过 t 5.0s ,金属杆甲的加速度为 a1.37 m s,问此时两金属杆的速度各为多少 . 此题综合了法拉第电磁感应定律、安培力、左手定就、牛顿其次定律、动量定理、全电路欧姆定律等学问,考查考生多角度、全方位综合分析问题的才能设任一时刻 t ,两金属杆甲、乙之间的距离为 x,速度分别为 vl 和 v2,经过很短的时间t ,杆甲移动距离 v1 t ,杆乙移动距离 v2 t ,回路面积转变 Sx 一 2 t+ 1 t l l 1- 2 t 由法拉第电磁感应定律,回路中的感应电动势EB S/ t B l 一2 回路中的 电流i E2 R 杆甲的运动方程 FBl i ma t 0由于作用于杆甲和杆乙的安培力总是大小相等、方向相反,所以两杆的动量时为 0 等于外力 F 的冲量Ft ml m2联立以上各式解得 1Ft/m 2RF 一 maB 2l 2 2 2Ft m一 2RF 一 maB 2l 2 2 代入数据得移 l8.15 m s,v21.85 m s 练 习名师归纳总结 1、如图 l ,ab 和 cd 是位于水平面内的平行金属轨道,其电阻可忽视不计af 之间连第 2 页,共 6 页接一阻值为R的电阻 ef 为一垂直于ab 和 cd 的金属杆,它与ab 和 cd 接触良好并可沿轨道- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 方向无摩擦地滑动ef学习好资料欢迎下载长为 l ,电阻可忽视整个装置处在匀强磁场中,磁场方向垂直于图中纸面对里,磁感应强度为B,当施外力使杆ef 以速度 v 向右匀速运动时,杆ef 所受的安培力为 A A .vB2lBvBlCvB2lDvBl2RRRR图 2 图 1 2、如图 2 所示· 两条水平虚线之间有垂直于纸面对里、宽度为 d、磁感应强度为 B 的匀强磁场质量为 m、电阻为 R 的正方形线圈边长为 LL<d ,线圈下边缘到磁场上边界的距离为 h将线圈由静止释放,其 下边缘刚进入磁场和刚穿出磁场时刻的速度都是 v0 在整个线圈穿过磁场的全过程中 从下边缘进入磁场到上边缘穿出磁场 ,以下说法中正确选项 D A· 线圈可能始终做匀速运动B线圈可能先加速后减速C线圈的最小速度肯定是mgRB 2 L2lD线圈的最小速度肯定是2ghd3、如图 3 所示,竖直放置的螺线管与导线abed 构成回路,导线所围区域内有一垂直纸面对里的变化的匀强磁场,螺线管下方水平面桌面上有一导体圆环导线 abcd 所围区域内磁场的磁感强度按图 1 5 11 中哪一图线所表示的方式随时问变化时,导体圆环将受到向上的磁场力作用 . A 图 3 A B C D 4、如图 4 所示,磁感应强度的方向垂直于轨道平面倾斜向下,当磁场从零匀称增 大时,金属杆 ab 始终处于静止状态,就金属杆受到的静摩擦力将 D A 逐步增大 B 逐步减小 C 先逐步增大,后逐步减小 D 先逐步减小,后逐步增大图 4 名师归纳总结 5、如下列图,一闭合线圈从高处自由落下,穿过一个有界的水平方向的匀强磁场区 磁第 3 页,共 6 页场方向与线圈平面垂直 ,线圈的一个边始终与磁场区的边界平行,且保持竖直的状态不变在下落过程中,当线圈先后经过位置I 、时,其加速度的大小分别为a1、a2、 a3 B - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载Aa1<g,a2=g,a3<g Bal<g,a2<g,a3<g C a 1<g,a 2=0,a 3=g Da1<g,a2>g,a3<g 图 5 图 6 6、如图 6 所示, 有两根和水平方向成 a 角的光滑平行的金属轨道,上端接有可变电阻 R,下端足够长,空间有垂直于轨道平面的匀强磁场,磁感强度为 B一根质量为 m的金属杆从轨道上由静止滑下,经过足够长的时间后,金属杆的速度会趋近于一个最大速度 Vm , 就 BC A 假如 B 增大, Vm将变大 B C 假如 R变大, Vm将变大 D假如 a 变大, Vm 将变大假如 M变小, Vm将变大7、超导磁悬浮列车是利用超导体的抗磁作用使列车车体向上浮起,同时通过周期性地变换磁极方向而获得推动动力的新型交通工具其推动原理可以简化为如图 6 所示的模型：在水平面上相距 L 的两根平行直导轨问,有竖直方 向等距离分布的匀强磁场 B1 和 B2,且 B1=B2=B,每个磁场的宽都是 ,相间排列,全部这些磁场都以速度 V 向右匀速运动这时跨在两导轨间的长为 L、宽为 的金属框 abcd 悬浮在导轨上方 在磁场力作用下也将会向右运动设金属框的总电阻为 R,运动中所受到的阻力恒为 f ,就金属框的最大速度可表示为 C 图 7 A、vmB22 LvfR /B2L2 B、vm2B2L2vfR /2B22 LR 的电C、vm4B2L2vfR /4B22 L D、vm2B2L2vfR/2B2L28、水平面上两根足够长的金属导轨平行固定放置,间距为L,一端通过导线与阻值为阻连接；导轨上放一质量为 下用与导轨平行的恒定力m 的金属杆 见图 ,金属杆与导轨的电阻不计；匀称磁场竖直向 F 作用在金属杆上,杆最终将做匀速运动当改拉力的大小时,名师归纳总结 相对应的匀速运动速度v 也会转变, v 和 F 的关系如图 取重力加速度g=10ms 2 第 4 页,共 6 页1 金属杆在匀速运动之前做作什么运动. 2 如 m 0.5 kg ,L0.5 m ,R0.5 ,磁感应强度B 为多大 . 3 由 F 图线的截距可求得什么物理量.其值为多少 . 解： 1 变速运动 或变加速运动、加速度减小的加速运动,加速运动2 感应电动势EvBL,感应电流I=E/R 安培力FmBILvB2L2R- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载由图可知金属杆受拉力、安培力和阻力作用,匀速时合力为零2 2F BIL vB L fRRv 2 2 F f B l由图线可以得到直线的斜率 k=2 B R2 1 T kL3 由直线的截距可以求得金属杆受到的阻力 f , f=2N如金属杆受到的阻力仅为动摩擦力,由截距可求得动摩擦因数 =0.4 9、如下列图,两根足够长的直金属导轨 MN、PQ平行放置在倾角为 的绝缘斜面上,两导轨间距为 L,M、P两点间接有阻值为 R的电阻 一根质量为 m的匀称直金属杆 ab 放在两导轨上,并与导轨垂直整套装置处于磁感应强度为B 的匀强磁场中,磁场方向垂直斜面对下,导轨和金属杆的电阻可忽视· 让 ab 杆沿导轨由静止开头下滑,导轨和金属杆接触良好,不计它们之间的摩擦 1由 b 向 a 方向看到的装置如图1 5 2 所示,请在此图中画出ab 杆下滑过程中某时刻的受力示意图； 2在加速下滑过程中,当杆ab 的速度大小为v 时,求此时ab 杆中的电流及其加速度的大小； 3 求在下滑过程中,ab 杆可以达到的速度最大值解： 1 重力 mg,竖直向下；支撑力 N,垂直斜面对上；安培力 F,沿斜面对上名师归纳总结 2 当 ab 杆速度为 v 时,感应电动势E=BLv,此时电路电流sinB22 Lv第 5 页,共 6 页IEBlvRRsinB2L2vag杆受到安培力FBlvB2L2vR依据牛顿运动定律,有：mamgRR- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 3 当mgsinB22 Lv学习好资料V欢迎下载时, ab 杆达到最大速度mAXRVmmgR sin放 竖直 的导 恒力B2L210如下列图, 电阻不计的平行金属导轨MN和 OP水平置, MO间接有阻值为R的电阻,导轨相距为d,其间有向下的匀强磁场,磁感强度为B质量为m、电阻为r体棒 CD垂直于导轨放置,并接触良好用平行于 MN的F 向右拉动 CD,CD受恒定的摩擦阻力 f ,已知 F>f问： 1CD 运动的最大速度是多少 . 2 当 CD达到最大速度后,电阻 R消耗的电功率是多少 . 3 当 CD的速度是最大速度的 1/3 时, CD的加速度是多少 .解析： 1 以金属棒为讨论对象,当CD受力： F=FA+f 时, CD速度最大,即：FBIdfB2d2v mfv mFfRr1/3 即I'1I就 CDRrB2d22CD 棒产生的感应电动势为：EBdvmFfRrBd回路中产生 的感应电流为：IREFfrBd就 R中消耗的电功率为：RPI2RFf2RB2d23 当 CD速度为最大速度的1/3 即v1vm时,CD中的电流为最大值的33棒所受的安培力为：名师归纳总结 ' FABI'd1FaffF'2Ff第 6 页,共 6 页3 CD 棒的加速度为：FAm3 m- - - - - - -