高考物理电磁感应现象压轴难题综合题含答案Word文档格式.docx

1、，根据安培力公式有：，根据欧姆定律有：解得：；（2）由牛顿第二定律有：（3）根据能量守恒有：2如图甲所示，相距d的两根足够长的金属制成的导轨，水平部分左端ef间连接一阻值为2R的定值电阻，并用电压传感器实际监测两端电压，倾斜部分与水平面夹角为37.长度也为d、质量为m的金属棒ab电阻为R，通过固定在棒两端的金属轻滑环套在导轨上，滑环与导轨上MG、NH段动摩擦因数 （其余部分摩擦不计）MN、PQ、GH相距为L，MN、PQ间有垂直轨道平面向下、磁感应强度为B1的匀强磁场，PQ、GH间有平行于斜面但大小、方向未知的匀强磁场B2，其他区域无磁场，除金属棒及定值电阻，其余电阻均不计，sin 370.6，

2、cos 370.8，当ab棒从MN上方一定距离由静止释放通过MN、PQ区域（运动过程中ab棒始终保持水平），电压传感器监测到Ut关系如图乙所示（1）求ab棒刚进入磁场B1时的速度大小（2）求定值电阻上产生的热量Q1.（3）多次操作发现，当ab棒从MN以某一特定速度进入MNQP区域的同时，另一质量为2m，电阻为2R的金属棒cd只要以等大的速度从PQ进入PQHG区域，两棒均可同时匀速通过各自场区，试求B2的大小和方向（1）（2）；（3）32B1方向沿导轨平面向上【详解】（1）根据ab棒刚进入磁场B1时电压传感器的示数为U,再由闭合电路欧姆定律可得此时的感应电动势：根据导体切割磁感线产生的感应电动势

3、计算公式可得：计算得出: .（2）设金属棒ab离开PQ时的速度为v2，根据图乙可以知道定值电阻两端电压为2U，根据闭合电路的欧姆定律可得：计算得出：棒ab从MN到PQ，根据动能定理可得：根据功能关系可得产生的总的焦耳热：根据焦耳定律可得定值电阻产生的焦耳热为：联立以上各式得出：（3）两棒以相同的初速度进入场区匀速经过相同的位移，对ab棒根据共点力的平衡可得： 对cd棒分析因为：故cd棒安培力必须垂直导轨平面向下，根据左手定则可以知道磁感应强度B2沿导轨平面向上，cd棒也匀速运动则有：将代入计算得出：.答：（1）ab棒刚进入磁场时的速度大小为;（2）定值电阻上产生的热量为;（3） 的大小为，方向

4、沿导轨平面向上.3如图所示，一阻值为R、边长为的匀质正方形导体线框abcd位于竖直平面内，下方存在一系列高度均为的匀强磁场区，与线框平面垂直，各磁场区的上下边界及线框cd边均磁场方向均与线框平面垂水平。第1磁场区的磁感应强度大小为B1，线框的cd边到第1磁区上场区上边界的距离为h0。线框从静止开始下落，在通过每个磁场区时均做匀速运动，且通过每个磁场区的速度均为通过其上一个磁场区速度的2倍。重力加速度大小为g，不计空气阻力。求：（1）线框的质量m；（2）第n和第n+1个磁场区磁感应强度的大小Bn与Bn+1所满足的关系；（3）从线框开始下落至cd边到达第n个磁场区上边界的过程中，cd边下落的高度H

5、及线框产生的总热量Q。（1） ；（2） ；（3） 【分析】（1）设线框刚进第一个磁场区的速度大小为v1，由运动学公式得，设线框所受安培力大小为F1，线框产生的电动势为E1，电流为I，由平衡条件得由安培力的表达式得，联立解得（2）设线框在第n和第n+1个磁场区速度大小分别为vn、vn+1，由平衡条件得且联立解得（3）设cd边加速下落的总距离为h，匀速下落的总距离为L，由运动学公式得由能量守恒定律得4如图1所示，在光滑的水平面上，有一质量m=1kg、足够长的U型金属导轨abcd，间距L=1m。一电阻值的细导体棒MN垂直于导轨放置，并被固定在水平面上的两立柱挡住，导体棒MN与导轨间的动摩擦因数，在M

6、、N两端接有一理想电压表（图中未画出）。在U型导轨bc边右侧存在垂直向下、大小B=0.5T的匀强磁场（从上向下看）；在两立柱左侧U型金属导轨内存在方向水平向左，大小为B的匀强磁场。以U型导轨bc边初始位置为原点O建立坐标x轴。t=0时，U型导轨bc边在外力F作用下从静止开始运动时，测得电压与时间的关系如图2所示。经过时间t1=2s，撤去外力F，直至U型导轨静止。已知2s内外力F做功W=14.4J。不计其他电阻，导体棒MN始终与导轨垂直，忽略导体棒MN的重力。（1）在2s内外力F随时间t的变化规律；（2）在整个运动过程中，电路消耗的焦耳热Q；（3）在整个运动过程中，U型导轨bc边速度与位置坐标x

7、的函数关系式。（1）；（2）12J；（3）（0x4m）； ；v=0（）（1）根据法拉第电磁感应定律可知：得到：根据速度与时间关系可知：对U型金属导轨根据牛顿第二定律有：带入数据整理可以得到：（2）由功能关系，有由于忽略导体棒MN的重力，所以摩擦力为：则可以得到：则整理可以得到：Q=12J（3）设从开始运动到撤去外力F这段时间为，这段时间内做匀加速运动；时，根据位移与速度关系可知：时根据匀变速运动规律可知该时刻速度和位移为：时，物体做变速运动，由动量定理得到：整理可以得到：当时：综合上述，故bc边速度与位置坐标x的函数关系如下：（0x4m）（）5如图所示，在倾角=10的绝缘斜面上固定着两条粗细均

8、匀且相互平行的光滑金属导轨DE和GH，间距d=1m，每条金属导轨单位长度的电阻r0=0.5/m，DG连线水平，且DG两端点接了一个阻值R=2的电阻。以DG中点O为坐标原点，沿斜面向上平行于GH方向建立x轴，在DG连线沿斜面向上的整个空间存在着垂直于斜面向上的磁场，且磁感应强度大小B与坐标x满足关系B=（0.6+0.2x）T，一根长l=2m，电阻r=2，质量m=0.1kg的粗细均匀的金属棒MN平行于DG放置，在拉力F作用下以恒定的速度v=1m/s从x=0处沿x轴正方向运动，金属棒与两导轨接触良好。g取10m/s2，sin10=0.18，不计其它电阻。（提示：可以用F-x图象下的“面积”代表力F所

9、做的功）求：（1）金属棒通过x=1m处时的电流大小；（2）金属棒通过x=1m处时两端的电势差UMN；（3）金属棒从x=0到x=2m过程中，外力F做的功。（1）0.2A；（2）1.4V；（3）0.68J（1）金属棒连入电路部分产生的感应电动势为根据闭合电路欧姆定律可得电流大小（2）解法一：根据欧姆定律可得金属棒通过处时两端的电势差解法二：根据闭合电路欧姆定律可得金属棒通过处时两端的电势差（3）金属棒做匀速直线运动，则有其中可得金属棒从x=0到x=2m过程中，外力F做的功6如图所示，两电阻不计的足够长光滑平行金属导轨与水平面夹角，导轨间距，所在平面的正方形区域abcd内存在有界匀强磁场，磁感应强度

10、为B，方向垂直斜面向上将甲乙两电阻阻值相同、质量均为m的相同金属杆如图放置在导轨上，甲金属杆处在磁场的上边界，甲乙相距.静止释放两金属杆的同时，在甲金属杆上施加一个沿着导轨的外力F，使甲金属杆在运动过程中始终做沿导轨向下的匀加速直线运动，加速度大小.（1）乙金属杆刚进入磁场时，发现乙金属杆作匀速运动，则甲乙的电阻R各为多少？（2）以刚释放时t =0，写出从开始到甲金属杆离开磁场，外力F随时间t的变化关系，并说明F的方向（3）乙金属杆在磁场中运动时，乙金属杆中的电功率多少？（4）若从开始释放到乙金属杆离开磁场，乙金属杆中共产生热量Q，试求此过程中外力F对甲做的功（1）（2）（3）（4）（1）由于

11、甲乙加速度相同，当乙进入磁场时，甲刚出磁场：乙进入磁场时，受力平衡有：（2）甲在磁场用运动时，外力F始终等于安培力: ，速度为：可得：F沿导轨向下（3）乙金属杆在磁场中运动时，乙金属杆中的电功率为：（4）乙进入磁场前匀加速运动中，甲乙发出相同热量，设为Q1，此过程中甲一直在磁场中，外力F始终等于安培力，则有：乙在磁场中运动发出热量Q2，利用动能定理：由于甲出磁场以后，外力F为零，可得：。7据英国2018年每日邮报5月2日报道，中国科学家一直在努力测试一种超高速列车真空管道超高速列车，它将比现有高铁快3倍，速度达到1000km/h。其动力系统的简化模型如图1所示，图中粗实线表示固定在水平面上间距

12、为L的两条平行光滑金属导轨，电阻忽略不计，ab和cd是通过绝缘材料固定在列车底部的两根金属棒，长度均为L，电阻均为R并与导轨良好接触，始终与导轨保持垂直，两金属棒ab和cd间距为x，列车与金属棒的总质量为m。列车启动前，ab、cd处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下。为使列车启动，需在M、N间连接电动势为E的直流电源，电源内阻及导线电阻忽略不计，列车启动完成后电源会自动关闭。（1）启动时，若M接“+”、N接“-”，接通电源时判断列车运行方向，并简要说明理由；（2）求启动时列车加速度的最大值；（3）列车启动完成后电源会自动关闭，列车将保持匀速行驶，到站时为让列车减速，需在前

13、方设置如图2所示的一系列磁感应强度为B的匀强磁场区域，磁场宽度和相邻磁场间距均等于x。若某时刻列车的速度为v0，此时ab、cd均在无磁场区域，试计算前方至少需要多少块这样的有界磁场才能使列车停下来。（1）向右运动，理由：左手定则 ；（2）；（3），若为整数，则经过块即可；若不为整数，则经过的整数部分块即可（1）接通电源时列车向右运动，理由接电压正极，金属棒中电流方向由到，由到，根据左手定则，安培力方向向右，列车要向右运动；（2）刚开始通电时加速度最大，此时两金属棒并联，每根中电流为：每根金属棒受安培力：所以列车的加速度为：（3）列车减速时总有一边切割磁感线，设切割磁感线的平均速度为，平均感应电动势为：平均感应电流为：所受安培力为：设每经过一块磁场时设列车速度变化为，列车前进