2020届高考物理动量与能量压轴题、电磁感应压轴题和高考带电粒子在复合场中的运动选讲.doc

2020届高考物理动量与能量压轴题选讲1、如图所示，一质量为M、长为l的长方形木板B放在光滑的水平地面上，在其右端放一质量为m的小木块A，mM。现以地面为参照系，给A和B以大小相等、方向相反的初速度(如图5)，使A开始向左运动、B开始向右运动，但最后A刚好没有滑离L板。以地面为参照系。(1)若已知A和B的初速度大小为v0，求它们最后的速度的大小和方向。(2)若初速度的大小未知，求小木块A向左运动到达的最远处(从地面上看)离出发点的距离。2.竖直面内一倾斜轨道与一足够长的水平轨道通过一小段光滑圆弧平滑连接，小物块B静止于水平轨道的最左端，如图（a）所示。t=0时刻，小物块A在倾斜轨道上从静止开始下滑，一段时间后与B发生弹性碰撞（碰撞时间极短）；当A返回到倾斜轨道上的P点（图中未标出）时，速度减为0，此时对其施加一外力，使其在倾斜轨道上保持静止。物块A运动的vt图像如图（b）所示，图中的v1和t1均为未知量。已知A的质量为m，初始时A与B的高度差为H，重力加速度大小为g，不计空气阻力。（1）求物块B的质量；（2）在图（b）所描述的整个运动过程中，求物块A克服摩擦力所做的功；（3）已知两物块与轨道间的动摩擦因数均相等，在物块B停止运动后，改变物块与轨道间的动摩擦因数，然后将A从P点释放，一段时间后A刚好能与B再次碰上。求改变前面动摩擦因数的比值。3、光滑水平面上放有如图所示的用绝缘材料料成的“”型滑板，（平面部分足够长），质量为4m，距滑板的A壁为L1距离的B处放有一质量为m，电量为+q的大小不计的小物体，物体与板面的摩擦不计，整个装置处于场强为E的匀强电场中，初始时刻，滑板与物体都静止，试求：（1）释放小物体，第一次与滑板A壁碰前物体的速度v1多大？（2）若物体与A壁碰后相对水平面的速度大小为碰前的3/5，则物体在第二次跟A壁碰撞之前瞬时，滑板的速度v和物体的速度v2分别为多大？（均指对地速度）（3）物体从开始运动到第二次碰撞前，电场力做功为多大？（碰撞时间可忽略）4、 在原子核物理中，研究核子与核子关联的最有效途径是“双电荷交换反应”这类反应的前半部分过程和下述力学模型类似两个小球A和B用轻质弹簧相连，在光滑的水平直轨道上处于静止状态在它们左边有一垂直于轨道的固定挡板P，右边有一小球C沿轨道以速度V0射向B球，如图2所示C与B发生碰撞并立即结成一个整体D在它们继续向左运动的过程中，当弹簧长度变到最短时，长度突然锁定，不再改变然后，A球与挡板P发生碰撞，碰后A、D都静止不动，A与P接触而不粘连过一段时间，突然解除锁定（锁定及解除锁定均无机械能损失）已知A、B、C三球的质量均为（1）求弹簧长度刚被锁定后A球的速度（2）求在A球离开挡板P之后的运动过程中，弹簧的最大弹性势能5、在光滑的水平面上有一木板A，其质量为M，木板A的左端有一小滑块B（可视为质点），其质量为m，滑块和木板均处于静止状态。已知滑块和木板之间的动摩擦因数为。AB图1v0 （1）如图1所示，在光滑水平面的右端固定一竖直弹性挡板，现使滑块B在极短的时间内获得水平向右的速度v0，然后沿着木板滑动，经过一段时间，在木板A与挡板碰撞之前，滑块和木板具有共同速度。a. 求在木板A与挡板碰撞之前，滑块和木板共同速度的大小；b. 木板A与挡板碰撞，其碰撞时间极短且没有机械能损失，即木板碰后以原速率弹回。若滑块B开始运动后始终没有离开木板的上表面，求木板的最小长度。AB图2F（2）假定滑块和木板之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力相等且木板足够长。如图2所示，现给滑块施加一随时间t增大的水平力F=kt（k是常量），方向水平向右，木板和滑块加速度的大小分别为a1和a2，请定性画出a1和a2随时间t变化的图线。6在水平长直的轨道上，有一长度为L的平板车在外力控制下始终保持速度v0做匀速直线运动某时刻将一质量为m的小滑块轻放到车面的中点，滑块与车面间的动摩擦因数为（1）证明：若滑块最终停在小车上，滑块和车摩擦产生的内能与动摩擦因数无关，是一个定值（2）已知滑块与车面间动摩擦因数=0.2，滑块质量m=1kg，车长L=2m，车速v0=4m/s，取g=10m/s2，当滑块放到车面中点的同时对该滑块施加一个与车运动方向相同的恒力F，要保证滑块不能从车的左端掉下，恒力F大小应该满足什么条件？v0（3）在（2）的情况下，力F取最小值，要保证滑块不从车上掉下，力F的作用时间应该在什么范围内?7质量为M的平板车在光滑的水平地面上以速度v0向右做匀速直线运动，若将一个质量为m（M= 4m）的沙袋轻轻地放到平板车的右端，沙袋相对平板车滑动的最大距离等于车长的，若将沙袋以水平向左的速度扔到平板车上，为了不使沙袋从车上滑出，沙袋的初速度最大是多少？8在光滑的水平面上有一质量M=2kg的木版A，其右端挡板上固定一根轻质弹簧，在靠近木版左端的P处有一大小忽略不计质量m=2kg的滑块B。木版上Q处的左侧粗糙，右侧光滑。且PQ间距离L=2m，如图所示。某时刻木版A以A=1m/s的速度向左滑行，同时滑块B以B=5m/s的速度向右滑行，当滑块B与P处相距时，二者刚好处于相对静止状态，若在二者其共同运动方向的前方有一障碍物，木块A与障碍物碰后以原速率反弹（碰后立即撤去该障碍物）。求B与A的粗糙面之间的动摩擦因数和滑块B最终停在木板A上的位置。（g取10m/s2） 9一轻质弹簧，两端连接两滑块A和B，已知mA=0.99kg ， mB=3kg，放在光滑水平桌面上，开始时弹簧处于原长。现滑块A被水平飞来的质量为mc=10g，速度为400m/s的子弹击中，且没有穿出，如图所示，试求：（1）子弹击中A的瞬间A和B的速度（2）以后运动过程中弹簧的最大弹性势能（3）B可获得的最大动能10如图所示，光滑水平面上，质量为2m的小球B连接着轻质弹簧，处于静止；质量为m的小球A以初速度v0向右匀速运动，接着逐渐压缩弹簧并使B运动，过一段时间，A与弹簧分离。（弹簧始终处于弹性限度以内）（1）在上述过程中，弹簧的最大弹性势能是多大；m2mABv0（2）若开始时在B球的右侧某位置固定一块挡板(图中未画出)，在A 球与弹簧分离之前使B球与挡板发生碰撞，并在碰后立刻将挡板撤走。设B球与固定挡板的碰撞时间极短，碰后B球的速度大小不变但方向相反。试求出此后弹簧的弹性势能最大值的范围。OA0.10.61.11.62.12.60.11.6t/sF/N11将一个动力传感器连接到计算机上，我们就可以测量快速变化的力。如图所示就是用这种方法测得的小滑块在半球形碗内的竖直平面内来回滑动时，对碗的压力随时间变化的曲线。从这条曲线提供的信息，你能对小滑块本身及其运动做出哪些推论和判断？要求陈述得出这些推论和判断的论证过程.12、如图所示，光滑斜面的底端a与一块质量均匀、水平放置的平极光滑相接，平板长为2L，L1m，其中心C固定在高为R的竖直支架上，R1m，支架的下端与垂直于纸面的固定转轴O连接，因此平板可绕转轴O沿顺时针方向翻转问：（l）在外面上离平板高度为h0处放置一滑块A，使其由静止滑下，滑块与平板间的动摩擦因数0.2，为使平板不翻转，h0最大为多少？（2）如果斜面上的滑块离平板的高度为h10.45 m，并在h1处先后由静止释放两块质量相同的滑块A、B，时间间隔为t0.2s，则B滑块滑上平板后多少时间，平板恰好翻转。（重力加速度g取10 m/s2）13、如图（）所示，、为水平放置的平行金属板，板间距离为（远小于板的长和宽）在两板之间有一带负电的质点已知若在、间加电压o，则质点可以静止平衡现在、间加上如图（）所示的随时间变化的电压在0时质点位于、间的中点处且初速为零已知质点能在、之间以最大的幅度上下运动而又不与两板相碰，求图（）中改变的各时刻、及的表达式（质点开始从中点上升到最高点，及以后每次从最高点到最低点或从最低点到最高点的过程中，电压只改变一次） 14（12分）质量为m的钢板与直立轻弹簧的上端连接,弹簧下端固定在地上.平衡时,弹簧的压缩量为x0,如图所示.一物块从钢板正上方距离为3x0的A处自由落下,打在钢板上并立刻与钢板一起向下运动,但不粘连.它们到达最低点后又向上运动.已知物块质量也为m时,它们恰能回到O点.若物块质量为2m,仍从A处自由落下,则物块与钢板回到O点时,还具有向上的速度.求物块向上运动到达的最高点与O点的距离. 压轴题 答案1、(1)A刚好没有滑离B板，表示当A滑到B板的最左端时，A、B具有相同的速度。设此速度为，A和B的初速度的大小为，则由动量守恒可得: 解得：，方向向右(2)A在B板的右端时初速度向左，而到达B板左端时的末速度向右，可见A在运动过程中必经历向左作减速运动直到速度为零，再向右作加速运动直到速度为V的两个阶段。设为A开始运动到速度变为零过程中向左运动的路程，为A从速度为零增加到速度为的过程中向右运动的路程，L为A从开始运动到刚到达B的最左端的过程中B运动的路程，如图6所示。设A与B之间的滑动摩擦力为f，则由功能关系可知:对于B 对于A 由几何关系 由、式解得 解法2： 对木块A和木板B组成的系统，由能量守恒定律得： 由式即可解得结果 2、（1）根据图（b），v1为物块A在碰撞前瞬间速度的大小，为其碰撞后瞬间速度的大小。设物块B的质量为，碰撞后瞬间的速度大小为，由动量守恒定律和机械能守恒定律有联立式得（2）在图（b）所描述的运动中，设物块A与轨道间的滑动摩擦力大小为f，下滑过程中所走过的路程为s1，返回过程中所走过的路程为s2，P点的高度为h，整个过程中克服摩擦力所做的功为W，由动能定理有从图（b）所给的vt图线可知由几何关系物块A在整个过程中克服摩擦力所做的功为联立式可得（3）设倾斜轨道倾角为，物块与轨道间的动摩擦因数在改变前为，有设物块B在水平轨道上能够滑行的距离为，由动能定理有设改变后的动摩擦因数为，由动能定理有联立式可得3、解：（1）由动能定理得 （2）若物体碰后仍沿原方向运动，碰后滑板速度为V，由动量守恒 得物体速度，故不可能 物块碰后必反弹，由动量守恒 得 由于碰后滑板匀速运动直至与物体第二次碰撞之前，故物体与A壁第二次碰前，滑板速度 。物体与A壁第二次碰前，设物块速度为v2， 由两物的位移关系有： 即 由代入数据可得： （3）物体在两次碰撞之间位移为S， 得 物块从开始到第二次碰撞前电场力做功4、解1、球C与B发生碰撞，并立即结成一个整体D，根据动量守恒，有（为D的速度） 2、当弹簧的长度被锁定时，弹簧压缩到最短，D与A速度相等，如此时速度为，由动量守恒得 当弹簧的长度被锁定后，D的一部分动能作为弹簧的弹性势能被贮存起来了由能量守恒，有3、撞击P后，A与D的动能都为，当突然解除锁定后（相当于静止的A、D两物体中间为用细绳拉紧的弹簧，突然烧断细绳的状况，弹簧要对D做正功），当弹簧恢复到自然长度时，弹簧的弹性势能全部转变成D的动能，设D的速度为，则有4、弹簧继续伸长，A球离开挡板，并获得速度。当A、D的速度相等时，弹簧伸至最长此时的势能为最大，设此时A、D的速度为，势能为由动量守恒定律得 由机械能守恒定律得： 由、两式联立解得：联立式解得 5、解析：（1）a根据动量守恒定律 mv0=(m+M) v （2分） 解得 （2分）b. 【法1】碰前第一次达到共同速度v时，滑块相对木板移动的距离为x1 （1分）若mM，木板与挡板碰后，木板与滑块相互作用，二者达到共同速度，一起向左运动。碰后达到共同速度v1，取向左为正方向，根据动量守恒定律（M-m）v=(M+m)v1 （1分）木板与挡板碰后，滑块相对木板滑动的距离为x2 （2分） 滑块在木板上总共滑行的距离即木板的最小长度L=x1+x2 解得 或 （1分）b. 【法2】若mM，木板与挡板碰后，木板与滑块相互作用，二者达到共同速度，一起向左运动。碰后达到共同速度v1，取向左为正方向，根据动量守恒定律（M-m）v=(M+m)v1（1分）滑块在木板上总共滑行的距离即木板的最小长度为L（3分） 解得 或 （1分）b.【法1】若m M，则木板与挡板碰后，木板和滑块的总动量方向向右。当滑块与木板再次达到共同速度时，二者一起向右运动，接着又与挡板发生碰撞，经过多次碰撞后，最终它们停在挡板处，机械能全部转化为内能。（4分）解得 滑块在木板上总共滑行的距离即木板的最小长度L=（1分）b.【法2】碰前第一次达到共同速度v时，滑块相对木板移动的距离为x1 （1分）若m M，则木板与挡板碰后，木板和滑块的总动量方向向右。当滑块与木板再次达到共同速度时，二者一起向右运动，接着又与挡板发生碰撞，经过多次碰撞后，最终它们停在挡板处，机械能全部转化为内能。（1分）设第一次木板与挡板碰后，滑块相对木板滑动的距离为x2 （2分） 滑块在木板上总共滑行的距离即木板的最小长度L=x1+x2 解得 （1分）（2）木板与滑块先一起做加速度增大的加速运动，当外力F超过某值时，滑块相对木板滑动，木板做匀加速直线运动，滑块做加速度增大的加速运动。 如答图4所示。 （6分）答图4a1a2taO6、解（1）根据牛顿第二定律，滑块相对车滑动时的加速度（1分）滑块相对车滑动的时间 （1分）滑块相对车滑动的距离 （1分）滑块与车摩擦产生的内能 （1分）由上述各式解得 （与动摩擦因数无关的定值）（1分）（2）设恒力F取最小值为F1，滑块加速度为a1，此时滑块恰好到达车的左端，则滑块运动到车左端的时间 由几何关系有 （1分）由牛顿定律有 （1分）由式代入数据解得 ，（2分）则恒力F大小应该满足条件是 （1分）（3）力F取最小值，当滑块运动到车左端后，为使滑块恰不从右端滑出，相对车先做匀加速运动（设运动加速度为a2，时间为t2），再做匀减速运动（设运动加速度大小为a3）到达车右端时，与车达共同速度则有（1分）（1分）（1分）由式代入数据解得（1分）则力F的作用时间t应满足 ，即（2分）7、解：设平板车长为L，沙袋在车上受到的摩擦力为f。沙袋轻轻放到车上时，设最终车与沙袋的速度为v，则 又M= 4m 可得：设沙袋以水平向左的初速度扔到车上，显然沙袋的初速度越大，在车上滑行的距离越长，沙袋刚好不从车上落下时，相对与车滑行的距离为L，其初速度为最大初速设为v，车的最终速度设为v终，以向右为坐标的正方向，有： 又M= 4m 可得：v=v0(v=3v0舍去) 车的最终速度设为v终=方向向左8、解： 设M.m共同速度为v，由动量守恒得 mvB-MVA=(m+M)v 代入数据得： v=2m/s 对AB组成得系统，由能量守恒 umgL=MVA2+mvB2 (M+m)V2 代入数据得： u=0.6 木板A与障碍物发生碰后以原速度反弹，假设B向右滑行，并与弹簧发生相互作用，当AB再次处于相对静止时，共同速度为u由动量守恒得mvMv=(m+m)u 设B相对A的路程为s，由能量守恒得 umgs=(m+M)v2-( m+M)u2 代入数据得：s=(m)由于sL，所以B滑过Q点并与弹簧相互作用，然后相对A向左滑动到Q点左边，设离Q点距离为s1S1=s-L=0.17(m)9、解：（1）子弹击中滑块A的过程中，子弹与滑块A组成的系统动量守恒mC=（mC+mA）vA （2）对子弹滑块A、B和弹簧组成的系统，A、B速度相等时弹性势能最大。根据动量守恒定律和功能关系可得： =6 J（3）设B动能最大时的速度为vB，A的速度为vA，则 B获得的最大动能10、解当A球与弹簧接触以后，在弹力作用下减速运动，而B球在弹力作用下加速运动，弹簧势能增加，当A、B速度相同时，弹簧的势能最大。设A、B的共同速度为v，弹簧的最大势能为E，则A、B系统动量守恒：由机械能守恒：联立两式得：设B球与挡板碰撞前瞬间的速度为vB，此时A的速度为vA。系统动量守恒：B与挡板碰后，以vB向左运动，压缩弹簧，当A、B速度相同（设为v共）时，弹簧势能最大，为Em，则：由两式得：代入式，化简得：而当弹簧恢复原长时相碰，vB有最大值vBm，则： mv0=mvA+2mvBm mv02/2=mvA2/2+2mvBm2/2 联立以上两式得：vBm 即vB的取值范围为：结合式可得：当vB时，Em有最大值为： 当vB时，Em有最小值为：11解：由牛顿第二定律在平衡位置可建立方程：-（2分）在最大偏角处可建立方程：-（2分）其中为最大偏角，FA为小滑块运动至最大偏角时所受支持力，由机械能守恒得：-（3分）由式解得小滑块的质量和最大偏角分别为： -（1分）-（1分）由图线读得数可知，在t=0.1s时，小滑块第一次运动到平衡位置，对碗的压力F0=1.6N；在t=0.6s时，小滑块第一次运动到最大偏角位置，对碗的压力FA=0.1N；由式可得m=60g，cos=1/6. -（2分）从以上分析可以得出以下判断：（1）小球的质量m=60g；（2）由于摆幅很大，故小球在碗中来回滑动虽近似周期运动，T=2.0s；但不是简谐运动。-（2分）12解：（1）设A滑到a处的速度为v0 fuN，Nmg，fma， aug 滑到板上离a点的最大距离为v022ugs0，s02gh0/2ugh0/u A在板上不翻转应满足条件：摩擦力矩小于正压力力矩，即M摩擦M压力umgRmg(Ls0) h0u(LUr)0.2(10.2)0.16 m （2）当h0.45m，vA 3m/svAvB3m/s 设B在平板上运动直到平板翻转的时刻为t，取t0.2ssAvA(tt)ug(tt)2/2 sBvBtugt2/2 两物体在平板上恰好保持平板不翻转的条件是2umgRmg(LsA)mg(LsB) 由式等于式，得t0.2s13解设质点的质量为，电量大小为，根据题意，当、间的电压为时，有，当两板间的电压为2时，的加速度向上，其大小为，则（2），解得当两板间的电压为零时，自由下落，加速度为，方向向下在0时，两板间的电压为2，自、间的中点向上做初速度为零的匀加速运动，加速度为设经过时间，的速度变为，此时使电压变为零，让在重力作用下做匀减速运动，再经过时间，正好到达板且速度为零，故有，0，（12）（12）（12），由以上各式，得，（2），因为，得（2）在重力作用下，由板处向下做匀加速运动，经过时间，速度变为，方向向下，这时加上电压使做匀减速运动，经过时间，到达板且速度为零，故有，0，（12）（12），由以上各式，得，因为，得（1）在电场力与重力的合力作用下，由板处向上做匀加速运动，经过时间，速度变为，此时使电压变为零，让在重力作用下做匀减速运动经过时间，正好到达板且速度为零，故有，0，（12）（12）由上得，因为，得（3）根据上面分析，因重力作用，由板向下做匀加速运动，经过时间，再加上电压，经过时间，到达且速度为零，因为，得（5）同样分析可得（23）（2） 14解:物块与钢板碰撞时的速度 设v1表示质量为m的物块与钢板碰撞后一起开始向下运动的速度,因碰撞时间极短,动量守恒,mv0=2mv1 刚碰完时弹簧的弹性势能为EP.当它们一起回到O点时,弹簧无形变,弹性势能为零,根据题给条件,这时物块与钢板的速度为零,由机械能守恒, 设v2表示质量为2m的物块与钢板碰撞后开始一起向下运动的速度,则有2mv0=3mv2 仍继续向上运动,设此时速度为v,则有 在以上两种情况中,弹簧的初始压缩量都是x0,故有 当质量为2m的物块与钢板一起回到O点时,弹簧的弹力为零,物块与钢板只受到重力作用,加速度为g.一过O点,钢板受到弹簧向下的拉力作用,加速度大于g.由于物块与钢板不粘连,物块不可能受到钢板的拉力,其加速度仍为g.故在O点物块与钢板分离,分离后, 2010届电磁感应压轴题选讲乙 甲F1如图所示，两根平行的金属导轨，固定在同一水平面上，磁感应强度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。两根质量均为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=0.50。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？ 2图中a1b1c1d1和a2b2c2d2为在同一竖直平面内的金属导轨，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨所在平面（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。x1 y1与x2 y2为两根用不可伸长的绝缘轻线相连的金属细杆，质量分别为和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。 vv3两根相距d=0.20m的平行金属长导轨固定在同一水平面内，并处于竖直方向的匀强磁场中，磁场的磁感应强度B=0.2T，导轨上面横放着两条金属细杆，构成矩形回路，每条金属细杆的电阻为r=0.25，回路中其余部分的电阻可不计.已知两金属细杆在平行于导轨的拉力的作用下沿导轨朝相反方向匀速平移，速度大小都是v=5.0m/s，如图所示.不计导轨上的摩擦.（1）求作用于每条金属细杆的拉力的大小.（2）求两金属细杆在间距增加0.40m的滑动过程中共产生的热量.Bv0Lacdb4两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L。导轨上面横放着两根导体棒ab和cd，构成矩形回路，如图所示两根导体棒的质量皆为m，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内都有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行开始时，棒cd静止，棒ab有指向棒cd的初速度v0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ab棒的速度变为初速度的3/4时，cd棒的加速度是多少？Laa5如图所示，在光滑的水平面上，有一垂直向下的匀强磁场分布在宽为L的区域内，有一个边长为a（aL）的正方形闭合线圈以初速v0垂直磁场边界滑过磁场后速度变为v（vv0）那么A完全进入磁场中时线圈的速度大于（v0+v）/2；B安全进入磁场中时线圈的速度等于（v0+v）/2；C完全进入磁场中时线圈的速度小于（v0+v）/2；D以上情况A、B均有可能，而C是不可能的abCv06光滑U型金属框架宽为L，足够长，其上放一质量为m的金属棒ab，左端连接有一电容为C的电容器，现给棒一个初速v0，使棒始终垂直框架并沿框架运动，如图所示。求导体棒的最终速度。 7如下图所示，空间存在着一个范围足够大的竖直向下的匀强磁场，磁场的磁感强度大小为B边长为l的正方形金属框abcd（下简称方框）放在光滑的水平地面上，其外侧套着一个与方框边长相同的U型金属框架MNPQ（仅有MN、NQ、QP三条边，下简称U型框），U型框与方框之间接触良好且无摩擦两个金属框每条边的质量均为m，每条边的电阻均为r （1）将方框固定不动，用力拉动U型框使它以速度垂直NQ边向右匀速运动，当U型框的MP端滑至方框的最右侧（如图乙所示）时，方框上的bd两端的电势差为多大?此时方框的热功率为多大?（2）若方框不固定，给U型框垂直NQ边向右的初速度，如果U型框恰好不能与方框分离，则在这一过程中两框架上产生的总热量为多少?（3）若方框不固定，给U型框垂直NQ边向右的初速度v（），U型框最终将与方框分离如果从U型框和方框不再接触开始，经过时间t后方框的最右侧和U型框的最左侧之间的距离为s求两金属框分离后的速度各多大8如图所示，为某一装置的俯视图，PQ、MN为竖直放置的很长的平行金属板，两板间有匀强磁场，其大小为B，方向竖直向下金属棒搁置在两板上缘，并与两板垂直良好接触现有质量为m，带电量大小为q，其重力不计的粒子，以初速v0水平射入两板间，问：（1）金属棒AB应朝什么方向，以多大速度运动，可以使带电粒子做匀速运动？ V0MBNPQA（2）若金属棒的运动突然停止，带电粒子在磁场中继续运动，从这刻开始位移第一次达到mv0/qB时的时间间隔是多少？（磁场足够大）. 9如图，在竖直面内有两平行金属导轨AB、CD。导轨间距为L，电阻不计。一根电阻不计的金属棒ab可在导轨上无摩擦地滑动。棒与导轨垂直，并接触良好。导轨之间有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感强度为B。导轨右边与电路连接。电路中的三个定值电阻阻值分别为2R、R和R。在BD间接有一水平放置的平行板电容器C，板间距离为d。 （1）当ab以速度v0匀速向左运动时，电容器中质量为m的带电微粒恰好静止。试判断微粒的带电性质，及带电量的大小。 （2）ab棒由静止开始，以恒定的加速度a向左运动。讨论电容器中带电微粒的加速度如何变化。（设带电微粒始终未与极板接触。）10磁悬浮列车动力原理如下图所示，在水平地面上放有两根平行直导轨，轨间存在着等距离的正方形匀强磁场Bl和B2，方向相反，B1=B2=lT，如下图所示。导轨上放有金属框abcd，金属框电阻R=2，导轨间距L=0.4m，当磁场Bl、B2同时以v=5m/s的速度向右匀速运动时，求(1)如果导轨和金属框均很光滑，金属框对地是否运动?若不运动，请说明理由；如运动，原因是什么?运动性质如何?(2)如果金属框运动中所受到的阻力恒为其对地速度的K倍，K=0.18，求金属框所能达到的最大速度vm是多少?(3)如果金属框要维持(2)中最大速度运动，它每秒钟要消耗多少磁场能?11如图左所示，边长为l和L的矩形线框、互相垂直，彼此绝缘，可绕中心轴O1O2转动，将两线框的始端并在一起接到滑环C，末端并在一起接到滑环D，C、D彼此绝缘.通过电刷跟C、D连接.线框处于磁铁和圆柱形铁芯之间的磁场中，磁场边缘中心的张角为45，如图右所示（图中的圆表示圆柱形铁芯，它使磁铁和铁芯之间的磁场沿半径方向，如图箭头所示）.不论线框转到磁场中的什么位置，磁场的方向总是沿着线框平面.磁场中长为l的线框边所在处的磁感应强度大小恒为B，设线框和的电阻都是r，两个线框以角速度逆时针匀速转动，电阻R=2r. （1）求线框转到图右位置时感应电动势的大小； （2）求转动过程中电阻R上的电压最大值； （3）从线框进入磁场开始时，作出0T（T是线框转动周期）时间内通过R的电流 iR随时间变化的图象； （4）求外力驱动两线框转动一周所做的功。12如图所示，一根电阻为R12的电阻丝做成一个半径为r1m的圆形导线框，竖直放置在水平匀强磁场中，线框平面与磁场方向垂直，磁感强度为B0.2T，现有一根质量为m0.1kg、电阻不计的导体棒，自圆形线框最高点静止起沿线框下落，在下落过程中始终与线框良好接触，已知下落距离为 r/2时，棒的速度大小为v1m/s，下落到经过圆心时棒的速度大小为v2 m/s，（取g=10m/s2） Bo试求：下落距离为r/2时棒的加速度，从开始下落到经过圆心的过程中线框中产生的热量13平行导轨L1、L2所在平面与水平面成30度角，平行导轨L3、L4所在平面与水平面成60度角，L1、L3上端连接于O点，L2、L4上端连接于O点，OO连线水平且与L1、L2、L3、L4都垂直，质量分别为m1、m2的甲、乙两金属棒分别跨接在左右两边导轨上，且可沿导轨无摩擦地滑动，整个空间存在着竖直向下的匀强磁场。若同时释放甲、乙棒，稳定后它们都沿导轨作匀速运动。 (1)求两金属棒的质量之比。 (2)求在稳定前的某一时刻两金属棒加速度之比。 (3)当甲的加速度为g/4时，两棒重力做功的瞬时功率和回路中电流做功的瞬时功率之比为多少？答案乙 甲F1解析：设任一时刻t两金属杆甲、乙之间的距离为x，速度分别为v1和v2，经过很短的时间t，杆甲移动距离v1t，杆乙移动距离v2t，回路面积改变由法拉第电磁感应定律，回路中的感应电动势回路中的电流 杆甲的运动方程由于作用于杆甲和杆乙的安培力总是大小相等，方向相反，所以两杆的动量时为0）等于外力F的冲量联立以上各式解得 代入数据得2解析：设杆向上的速度为v，因杆的运动，两杆与导轨构成的回路的面积减少，从而磁通量也减少。由法拉第电磁感应定律，回路中的感应电动势的大小 回路中的电流 电流沿顺时针方向。两金属杆都要受到安培力作用，作用于杆x1y1的安培力为 方向向上，作用于杆x2y2的安培力为 方向向下，当杆作匀速运动时，根据牛顿第二定律有 解以上各式得 作用于两杆的重力的功率的大小 电阻上的热功率 由式，可得 3解析：（1）当两金属杆都以速度v匀速滑动时，每条金属杆中产生的感应电动势分别为： E1=E2=Bdv由闭合电路的欧姆定律，回路中的电流强度大小为：因拉力与安培力平衡，作用于每根金属杆的拉力的大小为F1=F2=IBd。由以上各式并代入数据得N（2）设两金属杆之间增加的距离为L，则两金属杆共产生的热量为，代入数据得Q=1.2810-2J.4解析：ab棒向cd棒运动时，两棒和导轨构成的回路面积变小，磁通量发生变化，于是产生感应电流ab棒受到与运动方向相反的安培力作用作减速运动，cd棒则在安培力作用下作加速运动在ab棒的速度大于cd棒的速度时，回路总有感应电流，ab棒继续减速，cd棒继续加速两棒速度达到相同后，回路面积保持不变，磁通量不变化，不产生感应电流，两棒以相同的速度v作匀速运动（1）从初始至两棒达到速度相同的过程中，两棒总动量守恒，有根据能量守恒，整个过程中产生的总热量 （2）设ab棒的速度变为初速度的3/4时，cd棒的速度为v1，则由动量守恒可知：此时回路中的感应电动势和感应电流分别为：，此时棒所受的安培力： ，所以棒的加速度为 由以上各式，可得。abCv05 B6解析：当金属棒ab做切割磁力线运动时，要产生感应电动势，这样，电容器C将被充电，ab棒中有充电电流存在，ab棒受到安培力的作用而减速，当ab棒以稳定速度v匀速运动时，有：BLv=UC=q/C而对导体棒ab利用动量定理可得：-BLq=mv-mv0 由上述二式可求得： 7 解: （1）U型框向右运动时，NQ边相当于电源，产生的感应电动势 当如图乙所示位置时，方框bd之间的电阻为U型框连同方框构成的闭合电路的总电阻为 闭合电路的总电流为根据欧姆定律可知，bd两端的电势差为： 方框中的热功率为 （2）在U型框向右运动的过程中，U型框和方框组成的系统所受外力为零，故系统动量守恒，设到达图示位置时具有共同的速度v，根据动量守