探索高考物理计算题的思维规律与答题技巧(二).doc

高考物理备考模拟训练（五）1. （16分）一个正方形线圈边长a=0.20m，共有n=100匝，其电阻r=4.0。线圈与阻值R=16的外电阻连成闭合回路，如图甲所示。线圈所在区域存在着匀强磁场，磁场方向垂直线圈所在平面，磁场的大小随时间作周期性变化，周期T=1.010-2s，如图14乙所示。图象中、。求（1）0t1时间内，通过电阻R的电荷量。（2）t=1.0s内电流通过电阻R所产生的热量。（3）线圈产生电流的有效值。2. （16分）在平行虚线范围内有B=1T，高度为h=1m，方向垂直纸面向里的匀强磁场区域，如图所示，线框的质量m=0.1kg，电阻R=1，框面与纸面平行，边长L=1m，原来cd边跟磁场的下边界相距为H. 当用一竖直向上的恒力F=21N上提线框，由静止的“1”位置，向上运动穿过磁场区，最后到达“2”位置（ab恰好出磁场），线框平面在运动中保持在竖直平面内，如果cd刚进入磁场时，恰好作匀速运动，g取10m/s2. 求：（1）cd刚进入磁场时，线框中感应电流的大小和方向. （2）整个过程中线框内产生的焦耳热. （3）整个过程中外力F所做的功. 3. （16分）如图所示，Oxyz为空间直角坐标系，其中Oy轴正方向竖直向上。在整个空间中存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B。现有一质量为、电荷量为q（q0）的带电小球从坐标原点O以速度v0沿Ox轴正方向射出，重力加速度为g，空气阻力可忽略不计。（1）若在整个空间加一匀强电场，小球从坐标原点O射出恰好做匀速圆周运动，求所加电场的场强大小，以及小球做匀速圆周运动第一次通过z轴的z坐标； （2）若改变第（1）问中所加电场的大小和方向，小球从坐标原点O射出恰好沿Ox轴做匀速直线运动，求此时所加匀强电场的场强大小；（3）若保持第（2）问所加的匀强电场不变而撤去原有的磁场，小球从坐标原点O以速度v0沿Ox轴正方向射出后，将通过A点，已知A点的x轴坐标数值为xA，求小球经过A点时电场力做功的功率。4. （18分）如图甲所示，长方形金属框abcd（下面简称方框），各边长度为ac=bd=l/2、ab=cd=l，方框外侧套着一个内侧壁长分别为l/2及l的U型金属框架MNPQ（下面简称U型框），U型框与方框之间接触良好且无摩擦。两个金属框的质量均为m，PQ边、ab边和cd边的电阻均为r，其余各边电阻可忽略不计。将两个金属框放在静止在水平地面上的矩形粗糙绝缘平面上，将平面的一端缓慢抬起，直到这两个金属框都恰能在此平面上匀速下滑，这时平面与地面的夹角为，此时将平面固定构成一个倾角为的斜面。已知两框与斜面间的最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力。在斜面上有两条与其底边垂直的、电阻可忽略不计，且足够长的光滑金属轨道，两轨道间的宽度略大于l，使两轨道能与U型框保持良好接触，在轨道上端接有电压传感器并与计算机相连，如图乙所示。在轨道所在空间存在垂直于轨道平面斜向下、磁感强度大小为B的匀强磁场。（1）若将方框固定不动，用与斜面平行，且垂直PQ边向下的力拉动U型框，使它匀速向下运动，在U形框与方框分离之前，计算机上显示的电压为恒定电压U0，求U型框向下运动的速度多大；（2）若方框开始时静止但不固定在斜面上，给U型框垂直PQ边沿斜面向下的初速度v0，如果U型框与方框最后能不分离而一起运动，求在这一过程中电流通过方框产生的焦耳热；（3）若方框开始时静止但不固定在斜面上，给U型框垂直PQ边沿斜面向下的初速度3v0，U型框与方框将会分离。求在二者分离之前U型框速度减小到2v0时，方框的加速度。注：两个电动势均为E、内阻均为r的直流电源，若并联在一起，可等效为电动势仍为E，内电阻为的电源；若串联在一起，可等效为电动势为2E，内电阻为2r的电源。5. （18分）利用水流和太阳能发电，可以为人类提供清洁能源。水的密度，太阳光垂直照射到地面上时的辐射功率，地球表面的重力加速度取g=10ms2。（1）三峡水电站发电机输出的电压为18kV。若采用500kV直流电向某地区输电5.0106kW，要求输电线上损耗的功率不高于输送功率的5，求输电线总电阻的最大值；（2）发射一颗卫星到地球同步轨道上（轨道半径约为地球半径的6.6）利用太阳能发电，然后通过微波持续不断地将电力输送到地面，这样就建成了宇宙太阳能发电站。求卫星在地球同步轨道上向心加速度的大小；（3）三峡水电站水库面积约1.0109m2，平均流量Q=1.5l04m3s，水库水面与发电机所在位置的平均高度差h=l00m，发电站将水的势能转化为电能的总效率。在地球同步轨道上，太阳光垂直照射时的辐射功率为10P0。太阳能电池板将太阳能转化为电能的效率=20，将电能输送到地面的过程要损失50。若要使（2）中的宇宙太阳能发电站的发电能力与三峡电站相当，卫星上太阳能电池板的面积至少为影大?6. （20分）磁流体发电技术是目前世界上正在研究的新兴技术。如图所示是磁流体发电机示意图，发电管道部分长为l、高为h、宽为d. 前后两个侧面是绝缘体，上下两个侧面是电阻可忽略的导体电极。两个电极与负载电阻R相连。整个管道放在匀强磁场中，磁感强度大小为B，方向垂直前后侧面向后。现有平均电阻率为的电离气体持续稳定地向右流经管道。实际情况较复杂，为了使问题简化，设管道中各点流速相同，电离气体所受摩擦阻力与流速成正比，无磁场时电离气体的恒定流速为v0，有磁场时电离气体的恒定流速为v. （1）求流过电阻R的电流的大小和方向；（2）为保证持续正常发电，无论有无磁场存在，都对管道两端电离气体施加附加压强，使管道两端维持一个水平向右的恒定压强差p，求p的大小； （3）求这台磁流体发电机的发电效率。7. （18分）如图甲所示，真空中两水平放置的平行金属板C、D上分别开有正对的小孔O1和O2，两板接在交流电源上，两板间的电压uCD随时间t变化的图线如图乙所示。从t=0时刻开始，从C板小孔O1处连续不断飘入质量m=3.210-25kg、电荷量q=1.610-19C的带正电的粒子（飘入速度很小，可忽略不计）。在D板上方有以MN为水平上边界的匀强磁场，MN与D板的距离d=10 cm，匀强磁场的磁感应强度为B=0.10T，方向垂直纸面向里，粒子受到的重力及粒子间的相互作用力均可忽略不计，平行金属板C、D之间距离足够小，粒子在两板间的运动时间可忽略不计。求（保留两位有效数字）：（1）在C、D两板间电压U0=9.0V时飘入小孔O1的带电粒子进入磁场后的运动半径；（2）从t=0到t=4.010-2s时间内飘入小孔O1的粒子能飞出磁场边界MN的飘入时间范围；（3）磁场边界MN上有粒子射出的范围的长度。【试题答案】1. （16分）解：. （1）q=I=n 代入数字得到：q=100=1.010-2C 在每一个周期的前三分之一周期内电流是恒定的，后三分之一周期内电流为零I= =3A Q=I2Rt=3216=48J 32R=RT 代入数字解得：Ix=1.73A 2. （16分）解：（1）有力的平衡有：F=mg+BIL 代入数字得到：21=1+1I1 解得：I=20A 由楞次定律可知方向为逆时针方向 由于cd进入磁场是匀速的，由受力分析可以推知，线框从开始进入磁场到完全离开磁场的过程均做匀速运动，由能量守恒可以知道整个过程产生的焦耳热为： Q= WF2h 代入数字得到：Q=2021=40J 由闭合电路欧姆定律有：I= 得到V=20m/s 由动能定理有：（F-mg）H=Mv2 解得：H=1m 由功的定义式可得：WF=F（H+H+h） WF=63J 3. （16分）解（1）设所加电场场强大小为E1，由于带电小球从坐标原点O射出在电场和磁场共存的区域做匀速圆周运动，所以带电小球受到的电场力必定与重力平衡，有 qE1=mg。解得 设带电小球做匀速圆周运动的半径为R，根据牛顿第二定律和向心力公式 ，解得 带电小球第一次通过z轴的z坐标z=2R=（2）设所加电场场强大小为E2，带电小球做匀速直线运动，它所受重力mg、洛伦兹力qv0B以及电场力qE2三力合力为零。因洛伦兹力沿z轴的负方向，重力沿y轴的负方向，所以电场力 解得（3）当撤去磁场后，带电小球只受电场力和重力作用，这两个力的合力大小为qv0B，方向指向Oz正方向，所以小球在xOz平面做匀变速曲线运动。带电小球沿Ox轴正方向以v0做匀速直线运动，小球从坐标原点O射出，运动到A点所用时间t=带电小球沿Oz轴正方向做初速为零的匀加速直线运动，其加速度大小带电小球到A点时沿Oz正方向的分速度大小为vz=azt因重力在这个过程中不做功，小球经过A点时，电场力做功的功率等于合外力在此时的瞬时功率，解得PA=qv0Bvz=4. （18分）（1）当U型框以速度v运动时，在与方框分离之前，方框ab边和cd边为外电路，PQ边为电源，它产生的感应电动势内电路电阻为r，外电路电阻为0.5r， 解得（2）由于两金属框在斜面上恰能匀速下滑，所以沿斜面方向两个金属框所受合力为零，因此两个金属框组成的系统沿斜面方向动量守恒。 1分设二两个金属框一起运动的共同速度为v1，则 mv0=2mv1，解得 两个框产生的焦耳热 设方框产生的焦耳为， 则解得 （3）设U型框速度为2v0时，方框的速度为v2，二框组成的系统沿斜面方向动量守恒，则3mv0=2mv0+mv2， 解得v2= v0框组成回路的总电动势 两框组成回路中的电流 方框受到的安培力即为合外力 根据牛顿第二定律解得此时方框的加速度 5. （18分） （1）设输电线总电阻的最大值为，当通过输电线的电注以为I时，输电线上损耗的功率为（2分）采用U=500kV直流电向某地区输电W时，通过输电线的电流（2分）依题意得解得（2分） （2）设卫星的轨道半径为R，卫星所在轨道的向心加速度大小为，根据万有引力定律和牛顿第二定律得：（2分）解得（2分）当卫星在地表附近时，在同步轨道上，根据题意，同步轨道的半径解得卫星在地球同步轨道上向心加速度的大小（2分） （3）三峡水电站的发电功率（2分）设卫星太阳能电池板的面积至少为S，则宇宙太阳能发电站的发电功率（2分）根据题意所以太阳能电池板的面积至少为（2分）6. （20分）（1）（8分）将电离气体等效为导体切割磁感线产生感应电动势E = Bhv （2分）内电阻 （2分）根据欧姆定律 （2分）解得 （1分）电流方向为M到N （1分）（2）（5分）已知摩擦力与流速成正比，设比例系数为k取管道内全部气体为研究对象，根据力的平衡无磁场时 phd = kv0 （2分） 有磁磁场时 phd = kv + BIh （2分） 解得 （1分）（3）（7分）输入功率 P入= phdv （2分） 电源功率 P = EI （2分） 发电效率 （2分）解得 （1分）7. （18分）（1）设C、D两板间电压U0=9.0V时带电粒子从小孔O2进入磁场的速度为v0，粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为R0，根据动能定理和牛顿第二定律有2分 . 2分解得R0=6.0cm. 2分（2）如答图2所示，带电粒子轨迹与MN相切时，恰好飞出磁场，此时粒子运动半径R1=d. 1分设恰能飞出磁场边界MN的带电粒子在电场中运动时CD两板间的电压为U1，从小孔O2进入磁场时的速度为v1，根据牛顿第二定律和动能定理有. 1分 . 1分解得. 1分由于粒子带正电，因此只有在C板电势高于D板电势（uCD为正值）时才能被加速进入磁场，根据图象可得UCD=25 V的对应时刻分别为t1=0.5010-2s 1分t2=1.510-2s.