- 2021-04-12 发布 |
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文档介绍
新课标2020高考物理二轮复习专题五科学思维篇2活用“三大观点”解析电磁学综合问题课后演练含解析
活用“三大观点”解析电磁学综合问题 (建议用时:40分钟) 1.同一水平面上的两根正对平行金属直轨道MN、M′N′,如图所示放置,两轨道之间的距离l=0.5 m.轨道的MM′端之间接一阻值R=0.4 Ω的定值电阻,轨道的电阻可忽略不计,NN′端与两条位于竖直面内的半圆形光滑金属轨道NP、N′P′平滑连接,两半圆轨道的半径均为R0=0.5 m,水平直轨道MK、M′K′段粗糙,KN、K′N′段光滑,且KNN′K′区域恰好处于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度B=0.64 T,磁场区域的宽度d=1 m,且其右边界与NN′重合,现有一质量m=0.2 kg、电阻r=0.1 Ω的导体杆ab静止在距磁场左边界s=2 m处,在与杆垂直的水平恒力F=2 N作用下开始运动,导体杆ab与粗糙导轨间的动摩擦因数μ=0.1,当运动至磁场的左边界时撤去F,结果导体杆ab恰好能通过半圆形轨道的最高处PP′.已知导体杆在运动过程中与轨道始终垂直且接触良好,取g=10 m/s2.求: (1)导体杆刚进入磁场时,通过导体杆的电流大小和方向; (2)导体杆穿过磁场的过程中通过电阻R的电荷量; (3)导体杆穿过磁场的过程中整个电路中产生的焦耳热. 解析:(1)设导体杆在F的作用下运动至磁场的左边界时的速度为v1,由动能定理有 (F-μmg)s=mv-0, 代入数据解得v1=6 m/s, 导体杆刚进入磁场时产生的感应电动势 E=Blv1=1.92 V, 此时通过导体杆的电流I==3.84 A, 根据右手定则可知,电流方向由b向a. (2)设导体杆在磁场中运动的时间为t,产生的感应电动势的平均值为,则由法拉第电磁感应定律有 ==, 通过电阻R的感应电流的平均值=, 通过电阻R的电荷量q=Δt==0.64 C. - 3 - (3)设导体杆离开磁场时的速度大小为v2,运动到半圆形轨道最高处的速度为v3,因导体杆恰好能通过半圆形轨道的最高处,则在轨道最高处时,由牛顿第二定律有 mg=m, 代入数据解得v3= m/s, 杆从NN′运动至PP′的过程,根据机械能守恒定律有 mv=mv+mg·2R0, 代入数据解得v2=5 m/s, 导体杆穿过磁场的过程中损失的机械能 ΔE=mv-mv=1.1 J, 此过程中电路中产生的焦耳热Q热=ΔE=1.1 J. 答案:(1)3.84 A 由b向a (2)0.64 C (3)1.1 J 2.(2019·烟台模拟)如图甲所示,相距L=1 m的两根足够长的光滑平行金属导轨倾斜放置,与水平面夹角θ=37°,导轨电阻不计,质量m=1 kg、电阻为r=0.5 Ω的导体棒ab垂直于导轨放置,导轨的PM两端接在外电路上,定值电阻阻值R=1.5 Ω,电容器的电容C=0.5 F,电容器的耐压值足够大,导轨所在平面内有垂直于导轨平面斜向上的匀强磁场.在开关S1闭合、S2断开的状态下将导体棒ab由静止释放,导体棒的v-t图象如图乙所示,重力加速度g=10 m/s2. (1)求磁场的磁感应强度大小B; (2)在开关S1闭合、S2断开的状态下,当导体棒下滑的距离x=5 m时,定值电阻产生的焦耳热为21 J,此时导体棒的速度与加速度分别是多大? (3)现在开关S1断开、S2闭合,由静止释放导体棒,求经过t=2 s时导体棒的速度. 解析:(1)由题图可知,导体棒的最大速度vm=3 m/s 对应的感应电动势E=BLvm 感应电流I= 当导体棒的速度达到最大时,导体棒受力平衡,则 BIL=mgsin θ 解得B==2 T. - 3 - (2)导体棒和电阻串联,由公式Q=I2Rt可知, Qab∶QR=1∶3 则导体棒ab产生的焦耳热Qab=×21 J=7 J 导体棒下滑x=5 m的距离,导体棒减少的重力势能转化为动能和回路中的焦耳热,由能量守恒定律有 mgxsin θ=mv+Qab+QR 得导体棒的速度v1=2 m/s 此时感应电动势E1=BLv1,感应电流I1= 对导体棒有mgsin θ-BI1L=ma1 解得加速度a1=2 m/s2. (3)开关S1断开、S2闭合时,任意时刻对导体棒,根据牛顿第二定律有mgsin θ-BIL=ma2 感应电流I=,Δq=CΔU Δt时间内,有ΔU=ΔE=BLΔv,a2= 解得a2=2 m/s2 表明导体棒ab下滑过程中加速度不变,ab棒做匀加速直线运动,t=2 s时导体棒的速度v2=a2t=4 m/s. 答案:(1)2 T (2)2 m/s 2 m/s2 (3)4 m/s - 3 -查看更多