高三物理复习 考前抢分必做 终极猜想21 对应用力和能量观点分析电磁感应问题的考查 新人教版.doc

终极猜想二十一(七十一)对应用力和能量观点分析电磁感应问题的考查(本卷共4小题，满分60分建议时间：30分钟 )命题专家 寄语这部分知识往往是高考压轴大题，解决此类问题的基本思路是：分析电路结构，明确内电路和外电路；画出等效电路图；分析受力，列出方程，分析能量转化关系，列出能量守恒方程，把握安培力做功的过程就是电能与其它形式能的转化过程也就是解题的关键.1如图1所示，光滑足够长导轨倾斜放置，导轨间距为l1 m，导轨平面与水平面夹角为30，其下端连接一个灯泡，灯泡电阻为r2 ，导体棒ab垂直于导轨放置，除灯泡外其它电阻不计两导轨间的匀强磁场的磁感应强度为b0.5 t，方向垂直于导轨所在平面向上将导体棒从静止释放，在导体棒的速度v达到2 m/s的过程中通过灯泡的电量q2 c随着导体棒的下滑，其位移x随时间t的变化关系趋近于x4t2(m)取g10 m/s2，求：图1 (1)导体棒的质量m；(2)当导体棒速度为v2 m/s时，灯泡产生的热量q；(3)辨析题：为了提高ab棒下滑过程中小灯泡的最大功率，试通过计算提出两条可行的措施某同学解答如下：小灯泡的最大功率为p(其中vm为下滑的最大速度)，因此提高ab棒下滑过程中小灯泡的最大功率的措施有：增大磁感应强度b、.由此所得结果是否正确？若正确，请写出其他两条可行的措施；若不正确，请说明理由并给出正确的解答2两根光滑的长直金属导轨mn、mn平行置于同一水平面内，导轨间距为l，电阻不计，m、m处接有如图2所示的电路，电路中各电阻的阻值均为r，电容器的电容为c.长度也为l、阻值同为r的金属棒ab垂直于导轨放置，导轨处于磁感应强度为b、方向竖直向下的匀强磁场中ab在外力作用下向右匀速运动且与导轨保持良好接触，求在ab运动距离为s的过程中，整个回路中产生的焦耳热为q.图2求：(1)ab运动速度v的大小；(2)电容器所带的电荷量q.3如图3(a)所示，水平放置的两根平行金属导轨，间距l0.3 m，导轨左端连接r0.6 的电阻，区域abcd内存在垂直于导轨平面b0.6 t的匀强磁场，磁场区域宽d0.2 m细金属棒a1和a2用长为2d0.4 m的轻质绝缘杆连接，放置在导轨平面上，并与导轨垂直，每根金属棒在导轨间的电阻均为r0.3 ，导轨电阻不计，使金属棒以恒定速度v1.0 m/s沿导轨向右穿越磁场计算从金属棒a1进入磁场(t0)到a2离开磁场的时间内，不同时间段通过电阻r的电流强度，并在图3(b)中画出图3图44如图4所示，竖直平面内有一半径为r、内阻为r1、粗细均匀的光滑半圆形金属环，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r112 r，r24 r在mn上方及cd下方有水平方向的匀强磁场和，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，两平行轨道足够长已知导体棒ab下落时的速度大小为v1，下落到mn处的速度大小为v2.(1)求导体棒ab从a下落时的加速度大小(2)若导体棒ab进入磁场后棒中电流大小始终不变，求磁场和之间的距离h和r2上的电功率p2.(3)若将磁场的cd边界略微下移，导体棒ab刚进入磁场时速度大小为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参考答案1解析(1)根据x4t2(m)得，最后匀速运动的速度为vm4 m/s匀速运动时，f安mgsin 30即 mgsin 30解得m0.1 kg (2) 通过灯泡的电量qit2 c解得s8 m由动能定理得mgssin 30w安灯泡产生的热量q w安 mgssin 30 3.8 j(3)不正确，式中vm，根据安培力大小等于重力沿斜面的分力，可以求出它与b的平方成反比，所以增大b的同时，最大速度在减小，并不能提高小灯泡的最大功率因为pi2r，所以提高ab棒下滑过程中小灯泡的最大功率，须增大电流i或电阻r匀速运动时，f安bilmgsin ，i， 所以可以减小b、l，或增大m、.答案(1)0.1 kg(2)3.8 j(3)见解析2解析(1)设ab上产生的感应电动势为e，回路中的电流为i，ab运动距离s所用时间为t，三个电阻r与电源串联，总电阻为4r，则eblv由闭合电路欧姆定律有it由焦耳定律有qi2(4r)t由上述方程得v (2)设电容器两极板间的电势差为u，则有uir电容器所带电荷量qcu解得q答案(1)(2)3解析0t1(00.2 s)时间内a1产生的感应电动势eblv0.60.31.0 v0.18 v电阻r与a2并联阻值r并0.2 所以电阻r两端电压ue0.18 v0.072 v通过电阻r的电流i1 a0.12 at1t2(0.20.4 s)时间内e0，i20t2t3(0.40.6 s)时间内同理i20.12 a.解析规律如下图所示答案见解析4解析(1)以导体棒为研究对象，棒在磁场中切割磁感线，棒中产生感应电动势，导体棒ab从a下落时，导体棒在重力与安培力作用下做加速运动，由牛顿第二定律，得mgbilma，式中lri式中r总4 r由以上各式可得到ag.(2)当导体棒ab通过磁场时，若安培力大小恰好等于重力，棒中电流大小始终不变，即mgbi2rb2r，式中r并3r解得vt导体棒从mn到cd做加速度为g的匀加速直线运动，有vv2gh得h此时导体棒重力的功率为pgmgvt根据能量守恒定律，此时导体棒重力的功率全部转化为电路中的电功率，即p电p1p2pg又由u1u2，r13r2可知p23p1，所以p2pg.(3)设