高考物理二轮复习 三道题经典专练4 三大观点解决电磁感应综合问题-人教版高三全册物理试题.doc

三大观点解决电磁感应综合问题一、（2018届高三·第二次全国大联考卷）如图所示，单匝圆形线圈与匀强磁场垂直，匀强磁场的磁感应强度大小为B，圆形线圈的电阻不计。导体棒a绕圆心O匀速转动，以角速度旋转切割磁感线，导体棒a的长度为l，电阻为r。定值电阻R1、R2和线圈构成闭合回路，P、Q是两个平行金属板，两极板间的距离为d，金属板的长度为L。在金属板的上边缘，有一质量为m且不计重力的带负电粒子以速度v0竖直向下射入极板间，并从金属板Q的下边缘离开。带电粒子进入电场的位置到P板的距离为，离开电场的位置到Q板的距离为。R1、R2、r均为未知量。(1)判断导体棒a沿什么方向转动；(2)若R1R22r，求P、Q间的电场强度大小；(3)若R13r，R22r，求带电粒子的电荷量。【答案】 (1)沿逆时针方向转动(2)(3)【解析】(1)依题意，带电粒子受到的电场力水平向右，带电粒子带负电，所以P板带负电，Q板带正电。由右手定则可知，导体棒a沿逆时针方向转动。(2)由法拉第电磁感应定律得，电动势大小E0Bl2由闭合电路欧姆定律得I由欧姆定律可知，P、Q间的电压UPQIR2联立可得UPQ故P、Q间匀强电场的电场强度大小E联立并代入R1R22r，可得E。(3)若R13r，R22r，则UPQ带电粒子在极板间做类平抛运动Lv0t，dat2，a联立可得q。二、(2017·哈尔滨第六中学检测)相距l1.5 m的足够长金属导轨竖直放置，质量为m11 kg的金属棒ab和质量为m20.27 kg的金属棒cd均通过棒两端的小环水平地套在金属导轨上，如图(a)所示，虚线上方磁场方向垂直纸面向里，虚线下方磁场方向竖直向下，两处磁场磁感应强度的大小相同。ab棒光滑，cd棒与导轨间动摩擦因数为0.75，两棒总电阻为1.8 ，导轨电阻不计。ab棒在方向竖直向上、大小按图(b)所示规律变化的外力F作用下，从静止开始沿导轨做匀加速运动，同时cd棒也由静止释放。重力加速度g取10 m/s2。求：(1)磁感应强度B的大小和ab棒加速度的大小；(2)若在2 s内外力F做功40 J，此过程中两棒产生的总焦耳热；(3)cd棒达到最大速度所需的时间。【答案】(1)1.2 T1 m/s2(2)18 J(3)2 s【解析】解析：(1)由牛顿第二定律：Fm1gFAm1a其中FA，vat即Ftm1(ga)代入题图(b)中数据，解得a1 m/s2，B1.2 T。(2)由ab棒做匀加速运动：xat2vat2 s末时，由能量关系：WFm1gxm1v2Q解得Q18 J。(3)cd棒先做加速度逐渐减小的加速运动，当cd棒所受重力与滑动摩擦力相等时，速度达到最大；然后做加速度逐渐增大的减速运动，最后停止运动。当cd棒速度达到最大时，由平衡条件可得：m2gFA由FA，vat解得t2 s。三、(2017·遂宁模拟)如图所示，两个光滑绝缘的矩形斜面WRFE、HIFE对接在EF处，倾角分别为53°、37°。质量为m11 kg的导体棒AG和质量为m20.5 kg 的导体棒CD通过跨过EF的柔软细轻导线相连(导线未画出)，两导体棒均与EF平行，先用外力作用在AG上使它们静止于斜面上，两导体棒的总电阻为R5 ，不计导线的电阻。导体棒AG下方边长L1 m的正方形区域MNQP有垂直于斜面向上的、磁感应强度B15 T的匀强磁场，矩形区域PQKS有垂直于斜面向上的、磁感应强度B22 T的匀强磁场，PQ平行于EF，PS足够长。已知导线足够长，现撤去外力，导体棒AG进入磁场边界MN时恰好做匀速运动。(sin 37°0.6，sin 53°0.8，g10 m/s2，不计空气阻力)(1)求导体棒AG静止时与MN的间距x；(2)当导体棒AG滑过PQ瞬间(记为t0)，为了让导体棒AG继续做匀速运动，MNQP中的磁场开始随时间按B1t(5kt)T的规律变化。求：1 s内通过导体棒横截面的电荷量；k值。【答案】(1)0.15 m(2)2.5 C10.5【解析】 (1)导体棒AG到达MN之前，导体棒AG沿斜面向下做匀加速运动，导体棒CD沿斜面向上做匀加速运动，且加速度大小相等，设加速度为a，导线拉力为T1，由牛顿第二定律对导体棒AG有m1gsin T1m1a对导体棒CD有T1m2gsin m2a导体棒AG到达MN时做匀速运动，设速度为v，导线拉力为T2，由平衡条件对导体棒AG有m1gsin T20对导体棒CD有T2m2gsin 0由运动学公式v22ax解得v1 m/s，x0.15 m。(2)导体棒AG滑过PQ后继续做匀速运动，对导体棒AG由平衡条件m1gsin T2B2IL01 s内通过导体棒横截面的电荷量qIt解得I2.5 A，q2.5 C。导体棒AG滑过PQ后，切割磁感线产生的感应电动势E1B2Lv正方形区域MNQP磁通量发生改变产生的感应电动势E2kL2又由闭合电路欧姆定律I解得k10.5。四、(2018届高三·湖北八校联考)如图所示，AD与A1D1为水平放置的无限长平行金属导轨，DC与D1C1为倾角为37°的平行金属导轨，两组导轨的间距均为l1.5 m，导轨电阻忽略不计。质量为m10.35 kg、电阻为R11 的导体棒ab置于倾斜导轨上，质量为m20.4 kg、电阻为R20.5 的导体棒cd置于水平导轨上，轻质细绳跨过光滑滑轮一端与cd的中点相连，另一端悬挂一轻质挂钩。ab、cd与导轨间的动摩擦因数相同，且最大静摩擦力等于滑动摩擦力。整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B2 T。初始时刻，ab在倾斜导轨上恰好不下滑。(g取10 m/s2，sin 37°0.6)(1)求ab与导轨间的动摩擦因数；(2)在轻质挂钩上挂上物体P，细绳处于拉伸状态，将P与cd同时由静止释放，当P的质量不超过多大时，ab始终处于静止状态？(cd运动过程中，ab、cd一直与DD1平行，且没有与滑轮相碰)(3)若P的质量取第(2)问中的最大值，由静止释放开始计时，当t1 s时cd已经处于匀速直线运动状态，求在这1 s内ab上产生的焦耳热为多少。【答案】(1)(2)1.5 kg(3)8.4 J【解析】(1)对ab，由平衡条件得m1gsin m1gcos 0解得。(2)当P的质量最大时，P和cd的运动达到稳定时，P和cd一起做匀速直线运动，ab处于静止状态，但摩擦力达到最大且沿斜面向下。设此时电路中的电流为I对ab，由平衡条件得沿斜面方向：BIlcos m1gsin N0垂直于斜面方向：NBIlsin m1gcos 0对cd，设细绳中的张力为T，由平衡条件得TBIlm2g0对P，由平衡条件得MgT0解得：I4 A，M1.5 kg故当P的质量不超过1.5 kg时，ab始终处于静止状态。(3)设P匀速运动的速度为v，由法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律得BlvI(R1R2)解得v2 m/s对P，由牛顿第二定律得MgTMa，对cd，由牛顿第二定律得Tm2gBlm2a即Mgm2gBl(Mm2)a两边同时乘以t，并累加求和，可得Mgtm2gtBl(Mm2)v解得s m对P、ab和cd，由能量守恒定律得Mgsm2gsQ(Mm2)v2，解得Q12.6 J在这1 s内ab上产生的焦耳热为Q1Q8.4 J。