2020年物理高考专题复习三大力学思路在电磁感应应用之斜面单杆和摆动单杆问题

三大力学思路在电磁感应应用之斜面单杆和摆动单杆问题【例1】如图所示，一质量为m的金属杆ab，以一定的初速度v0从一光滑平行金属轨道的底端向上滑行，轨道平面与水平面成角，两导轨上端用一电阻R相连，磁场方向垂直轨道平面向上，轨道与金属杆ab的电阻不计并接触良好。金属杆向上滑行到某一高度后又返回到底端，在此过程中( ) A上滑过程通过电阻R的电量比下滑过程多 B上滑过程金属杆受到的合外力的冲量比下滑过程大C上滑过程金属杆受到的安培力的冲量比下滑过程大 D上滑过程和下滑过程金属杆的加速度的最小值出现在同一位置【例2】如图所示，足够长的光滑金属导轨MN、PQ平行放置，且都倾斜着与水平面成夹角。在导轨的最上端M、P之间接有电阻R，不计其它电阻。导体棒ab从导轨的最底端冲上导轨，当没有磁场时，ab上升的最大高度为H；若存在垂直导轨平面的匀强磁场时，ab上升的最大高度为h。在两次运动过程中ab都与导轨保持垂直，且初速度都相等。关于上述情景，下列说法正确的是( ) A两次上升的最大高度相比较为Hh B有磁场时导体棒所受合力的功大于无磁场时合力的功C有磁场时，电阻R产生的焦耳热为 D有磁场时，ab上升过程的最小加速度为gsin 【例3】如图所示，平行金属导轨与水平面成角，导轨与固定电阻R1和R2相连，匀强磁场垂直穿过导轨平面。有一导体棒ab，质量为m，导体棒的电阻与固定电阻R1、R2的阻值均相等，与导轨之间的动摩擦因数为，导体棒ab沿导轨向上滑动，当上滑的速度为v时，导体棒受到的安培力的大小为F，此时( ) 电阻 消耗的热功率为 电阻 消耗的热功率为 整个装置因摩擦而消耗的热功率为整个装置消耗的机械功率为A B C D【例4】如图，足够长的U型光滑金属导轨平面与水平面成角(090)，其中MN平行且间距为L，导轨平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，导轨电阻不计。金属棒由静止开始沿导轨下滑，并与两导轨始终保持垂直且良好接触，棒接入电路的电阻为R，当流过 棒某一横截面的电量为q时，棒的速度大小为v，则金属棒 在这一过程中( ) A运动的平均速度大小为 B平滑位移大小为C产生的焦耳热为 D受到的最大安培力大小为 【例5】电阻可忽略的光滑平行金属导轨长S1.15m，两导轨间距L0.75 m，导轨倾角为30，导轨上端ab接一阻值R1.5的电阻，磁感应强度B0.8T的匀强磁场垂直轨道平面向上。阻值r0.5，质量m0.2kg的金属棒与轨道垂直且接触良好，从轨道上端ab处由静止开始下滑至底端，在此过程中金属棒产生的焦耳热。(取)求： 金属棒在此过程中克服安培力的功 金属棒下滑速度2m/s时的加速度a 为求金属棒下滑的最大速度，有同学解答如下：由动能定理，。由此所得结果是否正确？若正确，说明理由并完成本小题；若不正确，给出正确的解答。【例6】如图所示，两根足够长的光滑直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为的绝缘斜面上，两导轨间距为L， M、P两点间接有阻值为R的电阻。一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直。整套装置处于匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向上。导轨和金属杆的电阻可忽略。让金属杆ab沿导轨由静止开始下滑，经过一段时间后，金属杆达到最大速度vm，在这个过程中，电阻R上产生的热量为Q。导轨和金属杆接触良好，重力加速度为g。求： 金属杆达到最大速度时安培力的大小 磁感应强度的大小 金属杆从静止开始至达到最大速度的过程中杆下降的高度 【例7】如图甲所示，足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ所在平面与水平面成30角，两导轨的间距l0.50m，一端接有阻值R1.0的电阻。质量m0.10kg的金属棒ab置于导轨上，与轨道垂直，电阻r0.25。整个装置处于磁感应强度B1.0T的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下。t0时刻，对金属棒施加一平行于导轨向上的外力F，使之由静止开始运动，运动过程中电路中的电流随时间t变化的关系如图乙所示。电路中其他部分电阻忽略不计，g取10m/s2，求 4.0s末金属棒ab瞬时速度的大小 3.0s末力F的瞬时功率 已知04.0s时间内电阻R上产生的热量为0.64J，试计算F对金属棒所做的功 【例8】如图所示，两足够长平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为L，导轨平面与水平面夹角30，导轨电阻不计。磁感应强度为B的匀强磁场垂直导轨平面斜向上，长为L的金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上，且始终与导轨接触良好，金属棒的质量为m、电阻为R。两金属导轨的上端连接右侧电路，电路中R2为一电阻箱，已知灯泡的电阻RL4R，定值电阻R12R，调节电阻箱使R212R，重力加速度为g，闭合开关S，现将金属棒由静止释放，求 金属棒下滑的最大速度vm 当金属棒下滑距离为s0时速度恰好达到最大，则金属棒由静止开始下滑2s0的过程中，整个电路产生的电热 改变电阻箱R2的值，当R2为何值时，金属棒匀速下滑时R2消耗的功率最大；消耗的最大功率为多少？ 【例9】如图所示，两根平行金属导轨MN、PQ相距为d1.0m，导轨平面与水平面夹角为30，导轨上端跨接一定值电阻R1.6，导轨电阻不计，整个装置处于与导轨平面垂直且向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为B1.0T。一根与导轨等宽的金属棒ef垂直于MN、PQ静止放置，且与导轨保持良好接触。金属棒质量m0.1kg、电阻r0.4，距导轨底端S13.75m。另一根与金属棒ef平行放置的绝缘棒gh长度也为d，质量为m，从导轨最低点以速度v010m/s沿轨道上滑并与金属棒发生正碰(碰撞时间极短)，碰后金属棒沿导轨上滑S20.2m后再次静止，此过程中电阻R上产生的电热为Q0.2J。已知两棒与导轨间的动摩擦因数均为，g取10m/s2，求： 绝缘棒gh与金属棒ef碰前瞬间绝缘棒的速率 两棒碰后，安培力对金属棒做的功以及碰后瞬间金属棒的加速度 金属棒在导轨上运动的时间。 【例10】如图所示，两根平行长直金属导轨倾斜放置，导轨平面与水平面的夹角为q，导轨的间距为L，两导轨上端之间接有阻值为R的电阻。质量为m的导体棒ab垂直跨接在导轨上，接触良好，导体棒与导轨间的动摩擦因数为,导轨和导体棒的电阻均不计，且。在导轨平面上的矩形区(如图中虚线框所示)域内存在着匀强磁场，磁场方向垂直导轨平面向上，磁感应强度的大小为B。当磁场以某一速度沿导轨平面匀速向上运动时，导体棒以速度v0随之匀速向上运动。设导体棒在运动过程中始终处于磁场区域内。求：通过导体棒ab的电流大小和方向； 磁场运动的速度大小 维持导体棒匀速向上运动，外界在时间t内需提供的能量是多少？ 【例11】如图所示，可绕固定轴OO转动的正方形线框的边长l0.5m，仅ab边有质量m0.1kg，线框的总电阻R1，线框始终处在方向竖直向下、磁感应强度B410-2T的匀强磁场中。