高考物理二轮复习 重难专题强化练“应用三大观点破解力电综合问题”课后冲关.doc

“应用三大观点破解力电综合问题”1.(2017厦门一中检测)如图所示，mn、pq两平行光滑水平导轨分别与半径r0.5 m的相同竖直半圆导轨在n、q端平滑连接，m、p端连接定值电阻r，质量m2 kg的cd绝缘杆垂直静止在水平导轨上，在其右侧至n、q端的区域内充满竖直向上的匀强磁场，现有质量m1 kg的ab金属杆以初速度v012 m/s水平向右与cd绝缘杆发生正碰后，进入磁场并最终未滑出，cd绝缘杆则恰好通过半圆导轨最高点，不计其他电阻和摩擦，ab金属杆始终与导轨垂直且接触良好，取g10 m/s2，求：(不考虑cd杆通过半圆导轨最高点以后的运动)(1)cd绝缘杆通过半圆导轨最高点时的速度大小v；(2)电阻r产生的焦耳热q。解析：(1)cd绝缘杆通过半圆导轨最高点时，由牛顿第二定律有：mgm，解得：v m/s。(2)碰撞后cd绝缘杆滑至最高点的过程中，由动能定理有：2mgrmv2mv22解得碰撞后cd绝缘杆的速度：v25 m/s两杆碰撞过程，动量守恒，取向右为正方向，则有：mv0mv1mv2解得碰撞后ab金属杆的速度：v12 m/sab金属杆进入磁场后，由能量守恒定律有：mv12q，解得：q2 j。答案：(1) m/s(2)2 j2.如图，ab和cd是两条竖直放置的长直光滑金属导轨，mn和mn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l。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t0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。解析：(1)设任意时刻mn、mn杆的速度分别为v1、v2。因为系统所受合外力为零，所以mn和mn系统动量守恒：mv12mv20，解得v1v221。(2)当两杆达到最大速度时，对mn则有：2mgf安0，ebl(v1v2)，i，f安bil，由以上几式联立解得v1，v2。答案：(1)21(2)3(2017江苏高考)如图所示，两条相距d的平行金属导轨位于同一水平面内，其右端接一阻值为r的电阻。质量为m的金属杆静置在导轨上，其左侧的矩形匀强磁场区域mnpq的磁感应强度大小为b、方向竖直向下。当该磁场区域以速度v0匀速地向右扫过金属杆后，金属杆的速度变为v。导轨和金属杆的电阻不计，导轨光滑且足够长，杆在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触。求：(1)mn刚扫过金属杆时，杆中感应电流的大小i；(2)mn刚扫过金属杆时，杆的加速度大小a；(3)pq刚要离开金属杆时，感应电流的功率p。解析：(1)mn刚扫过金属杆时，金属杆的感应电动势ebdv0回路的感应电流i 由式解得i。 (2)金属杆所受的安培力fbid 由牛顿第二定律，对金属杆fma 由式解得a。 (3)金属杆切割磁感线的速度vv0v 感应电动势ebdv 感应电流的电功率p 由式解得p。 答案：(1)(2)(3)4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r的电阻连接；导轨上放一质量为m的金属杆(如图甲)，金属杆与导轨的电阻忽略不计；匀强磁场竖直向下，用与导轨平行的恒定拉力f作用在金属杆上，杆最终将做匀速运动。当改变拉力的大小时，相对应的金属杆做匀速运动速度v也会变化，v与f的关系如图乙所示。(取重力加速度g10 m/s2)(1)金属杆在匀速运动之前做什么运动？(2)若m0.5 kg，l0.5 m，r0.5 ，磁感应强度b为多大？(3)由vf图线的截距可求得什么物理量？其值为多少？解析：(1)vf图像描述的是不同拉力情况下，金属杆做匀速运动时速度的变化情况。假设金属杆在运动过程中不受摩擦阻力作用，匀速运动时金属杆处于平衡状态，此时拉力等于安培力，由eblv，i，fbil，可得外力f的表达式为f，则图像必过原点。但是vf图像不是过原点的一条直线，因此金属杆除了受到拉力、安培力外，还受到摩擦阻力作用。由牛顿第二定律可知，ffma(f为摩擦阻力)，所以加速度a。由于拉力f和摩擦阻力f为恒力，金属杆做加速度逐渐减小的加速运动，最后加速度为零，金属杆达到平衡状态，将做匀速运动。(2)金属杆匀速运动时，可得平衡方程ff，所以速度vff。此方程与一次函数ykxb类似，其斜率k。由图像可以得到直线的斜率k2，故b 1 t。(3)从图像求得直线方程为v2f4，类比等式vff，得2，f4，故摩擦阻力f2 n。答案：(1)加速度减小的加速运动(2)1 t(3)摩擦阻力，2 n5.(2017南宁一模)如图所示，两根足够长且平行的光滑金属导轨所在平面与水平面成53角，导轨间接一阻值为3 的电阻r，导轨电阻忽略不计。在两平行虚线间有一与导轨所在平面垂直的匀强磁场，磁场区域的宽度为d0.5 m。导体棒a的质量为m10.1 kg、电阻为r16 ；导体棒b的质量为m20.2 kg、电阻为r23 ，它们分别垂直导轨放置并始终与导轨接触良好。现从图中的m、n处同时将a、b由静止释放，运动过程中它们都能匀速穿过磁场区域，且当a刚出磁场时b正好进入磁场。(sin 530.8，cos 530.6，g取10 m/s2，a、b电流间的相互作用不计)，求：(1)在b穿越磁场的过程中a、b两导体棒上产生的热量之比；(2)在a、b两导体棒穿过磁场区域的整个过程中，装置上产生的热量；(3)m、n两点之间的距离。解析：(1)由焦耳定律得，qi2rt，得，又根据串并联关系得，i1i2，代入数据解得：。(2)设整个过程中装置上产生的热量为q由qm1gsin dm2gsin d，可解得q1.2 j。(3)设a进入磁场的速度大小为v1，此时电路中的总电阻r总17.5 设b进入磁场的速度大小为v2，此时电路中的总电阻r总25 。由m1gsin 和m2gsin ，可得a、b两导体棒在进入磁场前以相同的加速度做匀加速直线运动，加速度agsin 8 m/s2。由v2v1a，得v2v18由以上式子可得v1212(m/s)2，v22v12m、n两点之间的距离s m。答案：(1)(2)1.2 j(3) m6(2017天津高考)电磁轨道炮利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度，其原理可用来研制新武器和航天运载器。电磁轨道炮示意如图，图中直流电源电动势为e，电容器的电容为c。两根固定于水平面内的光滑平行金属导轨间距为l，电阻不计。炮弹可视为一质量为m、电阻为r的金属棒mn，垂直放在两导轨间处于静止状态，并与导轨良好接触。首先开关s接1，使电容器完全充电。然后将s接至2，导轨间存在垂直于导轨平面、磁感应强度大小为b的匀强磁场(图中未画出)，mn开始向右加速运动。当mn上的感应电动势与电容器两极板间的电压相等时，回路中电流为零，mn达到最大速度，之后离开导轨。问：(1)磁场的方向；(2)mn刚开始运动时加速度a的大小；(3)mn离开导轨后电容器上剩余的电荷量q是多少。解析：(1)将s接1时，电容器充电，上极板带正电，下极板带负电，当将s接2时，电容器放电，流经mn的电流由m到n，又知mn向右运动，由左手定则可知磁场方向垂直于导轨平面向下。(2)电容器完全充电后，两极板间电压为e，当开关s接2时，电容器放电，设刚放电时流经mn的电流为i，有i设mn受到的安培力为f，有filb由牛顿第二定律，有fma联立式得a。(3