电磁感应经典高考题综合1Word文档格式.docx
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电磁感应经典高考题综合1Word文档格式.docx
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一电阻不计,质量为m的导体棒PQ放置在导轨上,始终与导轨接触良好,PQbc构成矩形。
棒与导轨间动摩擦因数为μ,棒左侧有两个固定于水平面的立柱。
导轨bc段长为L,开始时PQ左侧导轨的总电阻为R,右侧导轨单位长度的电阻为R0。
以ef为界,其左侧匀强磁场方向竖直向上,右侧匀强磁场水平向左,磁感应强度大小均为B。
在t=0时,一水平向左的拉力F垂直作用在导轨的bc边上,使导轨由静止开始做匀加速直线运动,加速度为a。
(1)求回路中感应电动势及感应电流随时间变化的表达式;
(2)经过多长时间拉力F达到最大值,拉力F的最大值为多少?
(3)某过程中回路产生的焦耳热为Q,导轨克服摩擦力做功为W,求导轨动能的增加量。
3.(22分)(2012·
理综)为了提高自行车夜间行驶的安全性,小明同学设计了一种“闪烁”装置。
如图所示,自行车后轮由半径r1=5.0×
10-2m的金属圈、半径r2=0.40m的金属外圈和绝缘幅条构成。
后轮的、外圈之间等间隔地
接有4根金属条,每根金属条的中间均串联有一电阻值为R的小灯泡。
在支架上装有磁铁,形成了磁感应强度B=0.10T、方向垂直纸面向外的“扇形”匀强磁场,其半径为r1、外半径为r2、角θ=π/6。
后轮以角速度ω=2πrad/s相对于转轴转动。
若不计其它电阻,忽略磁场的边缘效应。
(1)当金属条ab进入“扇形”磁场时,求感应电动势E,并指出ab上的电流方向;
(2)当金属条ab进入“扇形”磁场时,画出“闪烁”装置的电路图;
(3)从金属条ab进入“扇形”磁场时开始,经计算画出轮子一圈过程中,圈与外圈之间电势差Uab随时间t变化的Uab-t图象;
(4)若选择的是“1.5V、0.3A”的小灯泡,该“闪烁”装置能否正常工作?
有同学提出,通过改变磁感应强度B、后轮外圈半径r2、角速度ω和角θ等物理量的大小,优化前同学的设计方案,请给出你的评价。
4.(2011物理)如图,ab和cd是两条竖直放置的长直光滑金属导轨,MN和M’N’是两根用细线连接
的金属杆,其质量分别为m和2m。
竖直向上的外力F作用在杆MN上,使两杆水平静止,并刚好与导轨接触;
两杆的总电阻为R,导轨间距为
。
整个装置处在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向与导轨所在平面垂直。
导轨电阻可忽略,重力加速度为
g。
在t=0时刻将细线烧
断,保持F不变,金属杆和导轨始终接触良好。
求
(1)细线烧断后,任意时刻两杆运动的速度之比;
(2)两杆分别达到的最大速度。
5.(2008理综)磁悬浮列车是一种高速低耗的新型交通工具.它的驱动系统简化为如下模型,固定在列车下端的动力绕组可视为一个矩形纯电阻金属框,电阻为R,金属框置于xOy平面,长边MN长为l平行于y轴,宽度为d的NP边平行于x轴,如图1所示.列车轨道沿Ox方向,轨道区域存在垂直于金属框平面的磁场,磁感应强度B沿Ox方向按正弦规律分布,其空间周期为λ,最大值为B0,如图2所示,金属框同一长边上各处的磁感应强度相同,整个磁场以速度v0沿Ox方向匀速平移.设在短暂时间,MM、PQ边所在位置的磁感应强度随时间的变化可以忽略,并忽略一切阻力.列车在驱动系统作用下沿Ox方向加速行驶,某时刻速度为v(v<v0).
⑴简要叙述列车运行中获得驱动力的原理;
⑵为使列车获得最大驱动力,写出MM、PQ边应处于磁场中的什么位置及λ与d之间应满足的关系式;
⑶计算在满足第⑵问的条件下列车速度为v时驱动力的大小.
6.(2007·
物理)如图(a)所示,光滑的平行长直金属导轨置于水平面,间距为L、导轨左端接有阻值为R的电阻,质量为m的导体棒垂直跨接在导轨上。
导轨和导体棒的电阻均不计,且接触良好。
在导轨平面上有一矩形区域存在着竖直向下的匀强磁场,磁感应强度大小为B。
开始时,导体棒静止于磁场区域的右端,当磁场以速度v1匀速向右移动时,导体棒随之开始运动,同时受到水平向左、大小为f的恒定阻力,并很快达到恒定速度,此时导体棒仍处于磁场区域。
(1)求导体棒所达到的恒定速度v2;
(2)为使导体棒能随磁场运动,阻力最大不能超过多大?
(3)导体棒以恒定速度运动时,单位时间克服阻力所做的功和电路中消耗的电功率各为多大?
(4)若t=0时磁场由静止开始水平向右做匀加速直线运动,经过较短时间后,导体棒也做匀加速直线运动,其v-t关系如图(b)所示,已知在时刻t导体棋睥瞬时速度大小为vt,求导体棒做匀加速直线运动时的加速度大小。
7.(2003物理,18)如图所示,两根平行金属导轨固定在水平桌面上,每根导轨每米的电阻为r0=0.10Ω/m,导轨的端点P、Q用电阻可以忽略的导线相连,两导轨间的距离l=0.20m。
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k=0.020T/s。
一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦低滑动,在滑动过程中保持与导轨垂直。
在t=0时刻,金属杆紧靠在P、Q端,在外力作用下,杆以恒定的加速度从静止开始向导轨的另一端滑动,求在t=6.0s时金属杆所受的安培力。
8.(2003理综)两根平行的金属导轨,固定在同一水平面上,磁感强度B=0.50T的匀强磁场与导轨所在平面垂直,导轨的电阻很小,可忽略不计。
导轨间的距离l=0.20m。
连两质量均为m=0.10kg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R=0.50Ω,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0.20N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a=1.37m/s2,问此时两金属杆的速度各为多少?
乙
9.[2014·
卷](20分)导体切割磁感线的运动可以从宏观和微观两个角度来认识.如图所示,固定于水平面的U形导线框处于竖直向下的匀强磁场中,金属直导线MN在与其垂直的水平恒力F作用下,在导线框上以速度v做匀速运动,速度v与恒力F方向相同;
导线MN始终与导线框形成闭合电路.已知导线MN电阻为R,其长度L恰好等于平行轨道间距,磁场的磁感应强度为B.忽略摩擦阻力和导线框的电阻.
(1)通过公式推导验证:
在Δt时间,F对导线MN所做的功W等于电路获得的电能W电,也等于导线MN中产生的热量Q;
(2)若导线MN的质量m=8.0g、长度L=0.10m,感应电流I=1.0A,假设一个原子贡献一个自由电子,计算导线MN中电子沿导线长度方向定向移动的平均速率ve(下表中列出一些你可能会用到的数据);
阿伏伽德罗常数NA
6.0×
1023mol-1
元电荷e
1.6×
10-19C
导线MN的摩尔质量μ
10-2kg/mol
(3)经典物理学认为,金属的电阻源于定向运动的自由电子和金属离子(即金属原子失去电子后的剩余部分)的碰撞.展开你想象的翅膀,给出一个合理的自由电子的运动模型;
在此基础上,求出导线MN中金属离子对一个自由电子沿导线长度方向的平均作用力f的表达式.
10.【201535-】
(18分)如图17(a)所示,平行长直金属导轨水平放置,间距L=0.4m,导轨右端接有阻值R=1Ω的电阻,导体棒垂直放置在导轨上,且接触良好,导体棒及导轨的电阻均不计,导轨间正方形区域abcd有方向竖直向下的匀强磁场,bd连线与导轨垂直,长度也为L,从0时刻开始,磁感应强度B的大小随时间t变化,规律如图17(b)所示;
同一时刻,棒从导轨左端开始向右匀速运动,1s后刚好进入磁场,若使棒在导轨上始终以速度v=1m/s做直线运动,求:
(1)进入磁场前,回路中的电动势E;
⑵棒在运动过程中受到的最大安培力F,以及棒通过三角形abd区域时电流i与时间t的关系式。
11.[2016·
全国卷Ⅲ]如图1所示,两条相距l的光滑平行金属导轨位于同一水平面(纸面),其左端接一阻值为R的电阻;
一与导轨垂直的金属棒置于两导轨上;
在电阻、导轨和金属棒中间有一面积为S的区域,区域中存在垂直于纸面向里的均匀磁场,磁感应强度大小B1随时间t的变化关系为B1=kt,式中k为常量;
在金属棒右侧还有一匀强磁场区域,区域左边界MN(虚线)与导轨垂直,磁场的磁感应强度大小为B0,方向也垂直于纸面向里.某时刻,金属棒在一外加水平恒力的作用下从静止开始向右运动,在t0时刻恰好以速度v0越过MN,此后向右做匀速运动.金属棒与导轨始终相互垂直并接触良好,它们的电阻均忽略不计.求:
(1)在t=0到t=t0时间间隔,流过电阻的电荷量的绝对值;
(2)在时刻t(t>
t0)穿过回路的总磁通量和金属棒所受外加水平恒力的大小.
12.(08卷)(14分)如图所示,竖直平面有一半径为r、阻为R1、粗细均匀的光滑半圆形金属球,在M、N处与相距为2r、电阻不计的平行光滑金属轨道ME、NF相接,EF之间接有电阻R2,已知R1=12R,R2=4R。
在MN上方及CD下方有水平方向的匀强磁场I和II,磁感应强度大小均为B。
现有质量为m、电阻不计的导体棒ab,从半圆环的最高点A处由静止下落,在下落过程中导体棒始终保持水平,与半圆形金属环及轨道接触良好,高平行轨道中够长。
已知导体棒ab下落r/2时的速度大小为v1,下落到MN处的速度大小为v2。
(1)求导体棒ab从A下落r/2时的加速度大小。
(2)若导体棒ab进入磁场II后棒中电流大小始终不变,求磁场I和II之间的距离h和R2上的电功率P2。
(3)若将磁场II的CD边界略微下移,导体棒ab刚进入磁场II时速度大小为v3,要使其在外力F作用下做匀加速直线运动,加速度大小为a,求所加外力F随时间变化的关系式。
20.(12分)两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内,两导轨间的距离为
导轨上面横放着两根导体棒
,构成矩形回路,如
13.
图所示.两根导体棒的质量皆为
,电阻皆为R,回路中其余部分的电阻可不计.在整个导轨平面都有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度为
.设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行.开始时,棒
静止,棒
有指向棒
的初速度
(见图).若两导体棒在运动中始终不接触,求:
(1)在运动中产生的焦耳热最多是多少?
(2)当
棒的速度变为初速度的
时,
棒的加速度是多少?
14.07卷(17分)如图15(a)所示,一端封闭的两条平行光滑导轨相距L,距左端L处的中间一段被弯成半径为H的1/4圆弧,导轨左右两段处于高度相差H的水平面上。
圆弧导轨所在区域无磁场,右段区域存在磁场B0,左段区域存在均匀分布但随时间线性变化的磁场B(t),如图15(b)所示,两磁场方向均竖直向上。
在圆弧顶端,放置一质量为m的金属棒ab,与导轨左段形成闭合回路,从金属棒下滑开始计时,经过时间t0滑到圆弧顶端。
设金属棒在回路中的电阻为R,导轨电阻不计,重力加速度为g。
⑴问金属棒在圆弧滑动时,回路中感应电流的大小和方向是否发生改变?
为什么?
⑵求0到时间t0,回路中感应电流产生的焦耳热量。
⑶探讨在金属棒滑到圆弧底端进入匀强磁场B0的一瞬间,回路中感应电流的大小和方向。
15.04(春季).(18分)如图,直角三角形导线框abc固定在匀强磁场中,ab是一段长为l、电阻为R的均匀导线,ac和bc的电阻可不计,ac长度为
磁场的磁感强度为B,方向垂直于纸面向里。
现有一段长度为
、电阻为
的均匀导体杆MN架在导线框上,开始时紧靠ac,然后沿ac方向以恒定速度v向b端滑动,滑动中始终与ac平行并与导线框保持良好接触。
当MN滑过的距离为
时,导线ac中的电流是多大?
方向如何?
16.06(卷)(17分)如图所示,顶角θ=45°
,的金属导轨MON固定在水平面,导轨处在方向竖直、磁感应强度为B的匀强磁场中。
一根与ON垂直的导体棒在水平外力作用下以恒定速度v0沿导轨MON向右滑动,导体棒的质量为m,导轨与导体棒单位长度的电阻均为r,导体棒与导轨接触点的a和b,导体棒在滑动过程中始终保持与导轨良好接触。
t=0时,导体棒位于顶角O处,求:
(1)t时刻流过导体棒的电流强度I和电流方向。
(2)导体棒作匀速直线运动时水平外力F的表达式。
(3)导体棒在0~t时间产生的焦耳热Q。
(4)若在to时刻将外力F撤去,导体棒最终在导轨上静止时的坐标x。
17.04(全国卷)(18分)图中a1b1c1d1和a2b2c2d2为在同一竖直面的金属导轨,处在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直导轨所在的平面(纸面)向里。
导轨的a1b1段与a2b2段是竖直的,距离为l1;
c1d1段与c2d2段也是竖直的,距离为l2。
x1y1与x2y2为两根用不可伸长的绝缘轻线相连的金属细杆,质量分别为m1和m2,它们都垂直于导轨并与导轨保持光滑接触。
两杆与导轨构成的回路的总电阻为R。
F为作用于金属杆x1y1上的竖直向上的恒力。
已知两杆运动到图示位置时,已匀速向上运动,求此时作用于两杆的重力的功率的大小和回路电阻上的热功率。
18.0716分)如图所示,空间等间距分布着水平方向的条形匀强磁场,竖直方向磁场区域足够长,磁感应强度B=1T,每一条形磁场区域的宽度及相邻条形磁场区域的间距均为d=0.5m,现有一边长l=0.2m、质量m=0.1kg、电阻R=0.1Ω的正方形线框MNOP以v0=7m/s的初速从左侧磁场边缘水平进入磁场,求:
⑴线框MN边刚进入磁场时受到安培力的大小F;
v0
⑵线框从开始进入磁场到竖直下落的过程中产生的焦耳热Q;
⑶线框能穿过的完整条形磁场区域的个数n。
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