物理2015年高考三维设计专题复习周计划解答题规范专练(三)电磁感应解答题

物理2015年高考三维设计专题复习周计划解答题规范专练(三)电磁感应解答题内容摘要：

1、光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 (三) 电磁感应解答题(限时 45 分钟)1.(2014开封模拟)如图 1 所示，光滑的平行长直金属导轨置于水平面内，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内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 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内。 图 1(1)求导体棒所达到的恒定的速度 2)为使导体棒能随磁场运动，阻力最大 2、不能超过多少。 (3)导体棒以恒定速度运动时，单位时间内克服阻力所做的功和电路中消耗的电功率各为多大。 (4)若 t0 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 vt 关系如图 2 所示，已知在时刻 t 导体棒瞬时速度大小为 导体棒做匀加速直线运动时加速度的大小。 图 22.(2014新课标全国卷)半径分别为 r 和 2r 的同心圆形导轨固定在同一水平面内，一长为 r，质量为 m 且质量分布均匀的直导体棒 于圆导轨上面，延长线通过圆导轨中心 O，装置的俯视图如图 3 所示，整个装置位于一匀强磁场中，磁感应强度的大小为B，方向竖直向下，在内圆导轨的 C 点 3、和外圆导轨的 D 点之间接有一阻值为 R 的电阻(图中光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 )。 直导体棒在水平外力作用下以角速度 绕 O 逆时针匀速转动，在转动过程中始终与导轨保持良好接触。 设导体棒与导轨之间的动摩擦因数为 ，导体棒和导轨的电阻均可忽略。 重力加速度大小为 g。 求图 3(1)通过电阻 R 的感应电流的方向和大小；(2)外力的功率。 3.(2014怀化模拟)如图 4 所示 (俯视)， 两根固定在同一水平面上的足够长且电阻不计的平行金属导轨。 两导轨间距为 L0.8 m，其间有一个方向垂直水平面竖直向下的匀强磁场。 导轨上 间接一电阻 3 ，阻值为 的金属杆垂直导轨放置并与导轨始终保持 4、良好接触。 两导轨右端通过金属导线分别与电容器 C 的两极相连。 电容器 C 紧靠竖直装置 b，b 紧挨着带小孔 a(只能容一个粒子通过)的固定绝缘弹性圆筒。 圆筒壁光滑，筒内有垂直水平面竖直向下的匀强磁场 是圆筒的圆心，圆筒的内半径 r0.6 m。 图 4(1)用一个力拉金属杆向左运动，则电容器 C 的下极板带正电还是带负电。 (2)用一个方向平行于 平向左且功率恒定为 P88 W 的外力 F 拉金属杆，使杆从静止开始向左运动。 已知杆受到的摩擦阻力大小恒为 N，求：当金属杆最终匀速运动时杆的速度大小及电阻 耗的电功率。 光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 (3)当金属杆以 v3 m/s 的速度匀速向 5、左运动时，电容器 C 内紧靠极板的 D 处的一个带电粒子(初速度为 0)经 C 加速后从 a 孔垂直磁场 进入筒中，该带电粒子与圆筒壁碰撞四次后恰好又从小孔 a 射出圆筒。 已知该带电粒子每次与筒壁发生碰撞时电量和能量都不损失，不计粒子的重力和空气阻力，粒子的比荷为 q/m210 6C/磁感应强度 大(结果允许含有三角函数式 )?l 的光滑正方形线圈置于水平桌面上，水平桌面上有竖直向下匀强磁场，磁感应强度为 B，线框左边接一电阻 R(体积可忽略) ，右端接一电容为 C 的电容器，其余电阻不计，如图 5 所示。 一长度大于 l、电阻忽略不计的金属棒 部接有一理想二极管(导通时电阻为 0，截止时电阻无 6、穷大) ，现用垂直于棒的水平外力作用于金属棒，使其从贴近电阻 R 处以速度 v 匀速运动到正方形中点处停止。 图 5(1)分析此过程外力变化特点；(2)求此过程中通过 R 的电量是多少。 (3)若将电容 C 换成一个电阻为 r 的直流电动机，则金属棒仍以速度 v 匀速运动时，此时的拉力是在原电路中拉力最小值的 4 倍，求电动机的输出功率。 答 案1解析：(1)磁场以恒定速度 设导体棒不动)，则由金属导体棒和导轨构成的回路内磁场区域的面积变小，面积变小的速率为 ，当导体棒随后以速度 ，回路的面积变大，其变化速率为 ，最后当导体棒与磁场两者一起运动回路中磁场区域的面积变小的速度为 L( v1v 2)，由 7、于回路中磁通量的变化，在B v1v 2) I (v1v 2)t R 培力与阻力相等F 安 2L2速度恒定时有 可得 v2v 1)由上面得出的速度值可以得到 f 越大，v 2越小，v 2最小为 0，所以 2)设导体棒以恒定速度 导体棒 f ()路 I 2R R )设磁场的加速度为 a，金属棒的加速度为 a，当金属棒以一定速度 安培力和阻力作用，由牛顿第二定律可得(atv)f2 t 时刻导体棒的瞬时速度大小为 时棒做匀加速运动，磁场与金属棒间必有 v1v 2为常数，即 aa，则有 f 可解得 a1)v 1 (2) (3)f () (4)22 解析：(1)在 t 时间内，导体棒扫过的面积为S t(2 8、r)2r 212根据法拉第电磁感应定律，导体棒上感应电动势的大小为E 应电流的方向是从 B 端流向 A 端，因此，通过电阻 R 的感应电流的方向是从 C 端流向 D 端，由欧姆定律可知 ，通过电阻 R 的感应电流的大小 I 满足I 式得I 3)在竖直方向有N0式中，由于质量分布均匀，内、外圆导轨对导体棒的正压力大小相等，其值为 N。 两导轨对运行的导体棒的滑动摩擦力均为fN在 t 时间内，导体棒在内、外圆导轨上扫过的弧长分别为l1服摩擦力做的总功为f(l1l 2)在 t 时间内，消耗在电阻 R 上的功为据能量转化和守恒定律知外力在 t 时间内做的功为WW fW R光世昌老师高中物理精品资源免费下 9、载地址 式得P 32 921)从 C 到 D， (2) 2 92析：(1)带正电(2)金属杆先做加速度变小的加速运动，最终以最大速度匀速运动。 设杆匀速运动时速度为 v，回路中的感应电流为 I，杆受到的安培力大小为 阻 1，则EB 1 1(F A Ff)v联立以上各式，将已知数据代入得：v4 m/4 28 W(3)设杆匀速运动时 C 两极板间的电压为 U，带电粒子进入圆筒的速率为 磁场中作匀速圆周运动的半径为 R，由于 C 与电阻 B 1 2)3 9 V ；据动能定理有 2带电粒子在磁场中作匀速圆周运动，B2m 、得：B 2 1么每次碰撞前后粒子速度大小不变、速度方向总是沿着圆筒半径方向，4 个 10、碰撞点与小孔 a 恰好将圆筒壁五等分，粒子在圆筒内的轨迹具有对称性，由 5 段相同的圆弧组成，设每段轨迹圆弧对应的圆心角为 ，则由几何关系可得： 1R 图所示 )：(i)情形 1：每段轨迹圆弧对应的圆心角为。 25 35联立并代入 值得：B 2 /10r 2得：B 253/10) 103 T(形 2：每段轨迹圆弧对应的圆心角为。 45 5联立并代入 值得： r 2得：B 25(/10)103 1)带正电(2)4 m/s48 W(3)5)103 T 或 5103 10)4解析：(1)导体棒在切割磁感线运动时，棒中感应电动势自下而上，故二极管处于导通状态；导体棒相当于电源，同时向电阻 R 和电容器 11、 C 供电，电容器充电过程中电压逐渐升高，电流逐渐减小，当电压升高到与导体棒两端电压相等时，导体棒仅向 R 供电，故其电流保持不变，所以通过导体棒中总电流是逐渐减小到某一值后保持不变。 由平衡条件可得此过程所受外力与安培力始终相等，即 FF A外力也是逐渐光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址。 (2)根据电磁感应定律可得： ；且 q t 的电量：q 1 和电容是并联的，所以此过程中电容器的最大电压与导体棒切割电动势相等，即 q 2U 容器向整个电路放电，此时导体棒中的电流方向与二极管极性相反，故二极管处于截止状态，放电电流全部通过电阻 的总电量为：qq 1q 2 )在原电路中拉力最小时电容器充电已结束，电路中电流恒定，设电路中的电流为I，则有安培力公式可得：F 倍，根据上式可知通过导体棒中的电流变为原来的 4 倍，即有 I4 MII 3姆定律得：E ；即 ER P 出 EI MI 出 (R3r)31)外力先逐渐减小到某一值后保持不变(2) (3) (R3r)。