专题13 电磁感应综合问题(第07期)-2019年高考物理二模、三模试题分类汇编(解析版)
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（2）若流过定值电阻的电流为零，则此时电路中没有感应电流，即感应电动势为零，根据E=BLv可知道，v=0
根据运动学公式：0=v0-at
得：t=
金属棒运动过程中流过定值电阻的电流为零，此时安培力为零，
根据牛顿第二定律，得：mg-F=ma
此时外力为：F=mg-ma
（3）当滑片处于中央时，并联电阻为 R，回路总电阻为 R．流过定值电阻的电流为I0时，此时干路电流为2I0。
(1)在t=0到t=t1时间间隔内，电阻R产生的焦耳热；
(2)在时刻t(t>t1)流过电阻R的电流方向、大小和电动机的输出功率。
【名师解析】
3.（2019上海二模）如图所示，足够长的光滑竖直平行金属轨道处于一个很大的匀强磁场中，已知轨道宽为l，磁感应强度大小为B、方向垂直轨道平面水平指向纸里。轨道上端接入一个滑动变阻器和一个定值电阻，已知滑动变阻器的最大阻值为R，定值电阻阻值为 ．轨道下端有根金属棒CD恰好水平搁在轨道上，接触良好，已知金属棒质量为m。起初滑片P处于变阻器的中央，CD棒在一平行于轨道平面的竖直向上F作用下，以某一初速度开始向上做匀减速直线运动，已知初速度大小为v0，加速度大小为a。不考虑金属棒和轨道的电阻，重力加速度大小为g。则
（1）请说明金属棒运动过程中棒中感应电流方向；
（2）保持滑片P位置不变，金属棒运动过程中经过多少时间时流过定值电阻的电流为零？此时外力F多大？
（3）保持滑片P位置不变，金属棒运动过程中经过多少时间时流过定值电阻的电流为I0（I0已知且非零值）？此时外力F多大？
【名师解析】（1）金属棒先向上匀减速直线运动，速度减到零后向下匀加速直线运动。因此根据右手定则，当金属棒CD向上运动时，棒中感应电流方向为：D→C；然后当金属棒CD向下运动时，棒中感应电流方向为：C→D。
(1)棒ab匀速运动的速度大小；
(2)棒ab从开始运动到匀速运动所经历的时间是多少？
(3)棒ab从开始运动到匀速的过程中棒ab产生的焦耳热是多少？
【名师解析】
(1)设棒ab速度为v，则棒ab中的感应电流I＝ ＝ ①(1分)
棒cd中的感应电流为 ＝ ②(1分)
cd受安培力F1＝B( )L＝ ③(1分)
感应电动势为：E=2I0• R= I0R，根据E=BLv得：v= =
讨论：金属棒先向上匀减速直线运动，后向下匀加பைடு நூலகம்直线运动。
①当v0＜ 时，只在向下加速过程中，才出现流过定值电阻的电流为I0．根据运动学公式得到，经过时间流过定值电阻的电流为I0。
此时，根据牛顿第二定律得：
mg-F-FA=ma，此时F=mg-ma-FA=mg-ma-2I0LB
由 得棒ab产生的焦耳热为 － (1分)
(其它解法参照给分)
2．(18分)
(2019贵州毕节三模)如图甲所示，绝缘的水平桌面上铺有两根不计电阻的足够长光滑金属轨道AB、CD，轨道间距为d，其左端接一阻值为R的电阻。一长为L且与导轨垂直的金属棒置于两导轨上，单位长度的电阻为r。在电阻、导轨和金属棒中间有一边长为a的正方形区域，区域中存在垂直于水平桌面向下的均匀磁场，磁感应强度的大小随时间的变化规律如图乙所示，其中坐标值已知。在金属棒右侧还有一匀强磁场区域，区域左边界M(虚线)与导轨垂直，磁场的磁感应强度大小为B1，方向垂直于水平桌面向上。某时刻，金属棒在电动机的水平恒定牵引力作用下从静止开始向右运动，在t1时刻恰好以速度v1越过MN，此后向右做匀速运动。金属棒与导轨始终相互垂直并接触良好。求：
向上过程中，此时mg+FA-F=ma，得到此时F=mg+FA-ma=mg-ma+2I0LB此时t=
向下过程中，经过时间，此时mg-F-FA=ma，此时F=mg-ma-FA=mg-ma-2I0LB此时：t=
答：（1）金属棒CD向上运动时，棒中感应电流方向为：D→C；然后当金属棒CD向下运动时，棒中感应电流方向为：C→D。
当棒cd恰要滑动时，F1＝μmg，即 ＝μmg④(1分)
得v＝ ⑤(1分)
即为棒ab的匀速速度。
(2)设棒ab受恒定外力为F，匀速运动时棒ab中的电流为I，
棒ab所受安培力为F2＝BIL⑥(1分)
对棒cd：F1＝B( )L＝μmg⑦
棒ab：F＝F2＋μmg＝2F1＋μmg⑧(1分)
由⑥⑦⑧⑨式得F＝3μmg⑨(1分)
此时t=
②当v0= 时，在t1=0以及向下加速过程中，出现流过定值电阻的电流为I0。
t1=0时，棒向上运动，mg+FA-F=ma，得到此时F=mg+FA-ma=mg-ma+2I0LB
t2= 时，棒向下运动，mg-F-FA=ma，此时F=mg-ma-FA=mg-ma-2I0LB
③当v0＞ ，t=
时，向上和向下过程中都出现流过定值电阻的电流为I0
由动量定理：∑(F－μmg)Δt－∑F2Δt＝∑mΔv
(F－μmg)t－∑ ＝mv (2分)
而∑vΔt＝x
由⑤⑨ 得：x＝ (2分)
(或q＝It＝ t＝ 得 给4分)
设棒ab此过程克服安培力做功W
由动能定理：(F－μmg)x－W＝ mv2 (1分)
由⑤⑨ 得W＝ － (1分)
由功能关系知，此过程产生的总焦耳热等于W，根据电路关系有棒ab此过程产生的焦耳热等于Qab＝ W (1分)
对棒ab从开始运动到匀速过程，设运动时间为t；
由动量定理：∑(F－μmg)Δt－∑BiLΔt＝∑mΔv⑩(或(F－μmg)t－B t＝mv)
而∑iΔt＝q
故2μmgt－BLq＝mv (2分)
由⑤ 式解得t＝ ＋ (1分)
(3)棒ab所受安培力为F2＝BIL＝ ，设棒ab从开始运动到匀速的过程中位移为x，
专题13电磁感应综合问题
-2019年高三二模、三模物理试题分项解析（III）
1．(19分)（2019湖南娄底二模）如图所示，间距为L的水平平行金属导轨上连有一定值电阻，阻值为R，两质量均为m的导体棒ab和cd垂直放置在导轨上，两导体棒电阻均为R，棒与导轨间动摩擦因数均为μ，导轨电阻不计，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，整个导轨处在竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B。现用某一水平恒力向右拉导体棒ab使其从静止开始运动，当棒ab匀速运动时，棒cd恰要开始滑动，从开始运动到匀速的过程中流过棒ab的电荷量为q，(重力加速度为g)求：
根据运动学公式：0=v0-at
得：t=
金属棒运动过程中流过定值电阻的电流为零，此时安培力为零，
根据牛顿第二定律，得：mg-F=ma
此时外力为：F=mg-ma
（3）当滑片处于中央时，并联电阻为 R，回路总电阻为 R．流过定值电阻的电流为I0时，此时干路电流为2I0。
(1)在t=0到t=t1时间间隔内，电阻R产生的焦耳热；
(2)在时刻t(t>t1)流过电阻R的电流方向、大小和电动机的输出功率。
【名师解析】
3.（2019上海二模）如图所示，足够长的光滑竖直平行金属轨道处于一个很大的匀强磁场中，已知轨道宽为l，磁感应强度大小为B、方向垂直轨道平面水平指向纸里。轨道上端接入一个滑动变阻器和一个定值电阻，已知滑动变阻器的最大阻值为R，定值电阻阻值为 ．轨道下端有根金属棒CD恰好水平搁在轨道上，接触良好，已知金属棒质量为m。起初滑片P处于变阻器的中央，CD棒在一平行于轨道平面的竖直向上F作用下，以某一初速度开始向上做匀减速直线运动，已知初速度大小为v0，加速度大小为a。不考虑金属棒和轨道的电阻，重力加速度大小为g。则
（1）请说明金属棒运动过程中棒中感应电流方向；
（2）保持滑片P位置不变，金属棒运动过程中经过多少时间时流过定值电阻的电流为零？此时外力F多大？
（3）保持滑片P位置不变，金属棒运动过程中经过多少时间时流过定值电阻的电流为I0（I0已知且非零值）？此时外力F多大？
【名师解析】（1）金属棒先向上匀减速直线运动，速度减到零后向下匀加速直线运动。因此根据右手定则，当金属棒CD向上运动时，棒中感应电流方向为：D→C；然后当金属棒CD向下运动时，棒中感应电流方向为：C→D。
(1)棒ab匀速运动的速度大小；
(2)棒ab从开始运动到匀速运动所经历的时间是多少？
(3)棒ab从开始运动到匀速的过程中棒ab产生的焦耳热是多少？
【名师解析】
(1)设棒ab速度为v，则棒ab中的感应电流I＝ ＝ ①(1分)
棒cd中的感应电流为 ＝ ②(1分)
cd受安培力F1＝B( )L＝ ③(1分)
感应电动势为：E=2I0• R= I0R，根据E=BLv得：v= =
讨论：金属棒先向上匀减速直线运动，后向下匀加பைடு நூலகம்直线运动。
①当v0＜ 时，只在向下加速过程中，才出现流过定值电阻的电流为I0．根据运动学公式得到，经过时间流过定值电阻的电流为I0。
此时，根据牛顿第二定律得：
mg-F-FA=ma，此时F=mg-ma-FA=mg-ma-2I0LB
由 得棒ab产生的焦耳热为 － (1分)
(其它解法参照给分)
2．(18分)
(2019贵州毕节三模)如图甲所示，绝缘的水平桌面上铺有两根不计电阻的足够长光滑金属轨道AB、CD，轨道间距为d，其左端接一阻值为R的电阻。一长为L且与导轨垂直的金属棒置于两导轨上，单位长度的电阻为r。在电阻、导轨和金属棒中间有一边长为a的正方形区域，区域中存在垂直于水平桌面向下的均匀磁场，磁感应强度的大小随时间的变化规律如图乙所示，其中坐标值已知。在金属棒右侧还有一匀强磁场区域，区域左边界M(虚线)与导轨垂直，磁场的磁感应强度大小为B1，方向垂直于水平桌面向上。某时刻，金属棒在电动机的水平恒定牵引力作用下从静止开始向右运动，在t1时刻恰好以速度v1越过MN，此后向右做匀速运动。金属棒与导轨始终相互垂直并接触良好。求：
向上过程中，此时mg+FA-F=ma，得到此时F=mg+FA-ma=mg-ma+2I0LB此时t=
向下过程中，经过时间，此时mg-F-FA=ma，此时F=mg-ma-FA=mg-ma-2I0LB此时：t=
答：（1）金属棒CD向上运动时，棒中感应电流方向为：D→C；然后当金属棒CD向下运动时，棒中感应电流方向为：C→D。
当棒cd恰要滑动时，F1＝μmg，即 ＝μmg④(1分)
得v＝ ⑤(1分)
即为棒ab的匀速速度。
(2)设棒ab受恒定外力为F，匀速运动时棒ab中的电流为I，
棒ab所受安培力为F2＝BIL⑥(1分)
对棒cd：F1＝B( )L＝μmg⑦
棒ab：F＝F2＋μmg＝2F1＋μmg⑧(1分)
由⑥⑦⑧⑨式得F＝3μmg⑨(1分)
此时t=
②当v0= 时，在t1=0以及向下加速过程中，出现流过定值电阻的电流为I0。
t1=0时，棒向上运动，mg+FA-F=ma，得到此时F=mg+FA-ma=mg-ma+2I0LB
t2= 时，棒向下运动，mg-F-FA=ma，此时F=mg-ma-FA=mg-ma-2I0LB
③当v0＞ ，t=
时，向上和向下过程中都出现流过定值电阻的电流为I0
由动量定理：∑(F－μmg)Δt－∑F2Δt＝∑mΔv
(F－μmg)t－∑ ＝mv (2分)
而∑vΔt＝x
由⑤⑨ 得：x＝ (2分)
(或q＝It＝ t＝ 得 给4分)
设棒ab此过程克服安培力做功W
由动能定理：(F－μmg)x－W＝ mv2 (1分)
由⑤⑨ 得W＝ － (1分)
由功能关系知，此过程产生的总焦耳热等于W，根据电路关系有棒ab此过程产生的焦耳热等于Qab＝ W (1分)
对棒ab从开始运动到匀速过程，设运动时间为t；
由动量定理：∑(F－μmg)Δt－∑BiLΔt＝∑mΔv⑩(或(F－μmg)t－B t＝mv)
而∑iΔt＝q
故2μmgt－BLq＝mv (2分)
由⑤ 式解得t＝ ＋ (1分)
(3)棒ab所受安培力为F2＝BIL＝ ，设棒ab从开始运动到匀速的过程中位移为x，
专题13电磁感应综合问题
-2019年高三二模、三模物理试题分项解析（III）
1．(19分)（2019湖南娄底二模）如图所示，间距为L的水平平行金属导轨上连有一定值电阻，阻值为R，两质量均为m的导体棒ab和cd垂直放置在导轨上，两导体棒电阻均为R，棒与导轨间动摩擦因数均为μ，导轨电阻不计，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，整个导轨处在竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B。现用某一水平恒力向右拉导体棒ab使其从静止开始运动，当棒ab匀速运动时，棒cd恰要开始滑动，从开始运动到匀速的过程中流过棒ab的电荷量为q，(重力加速度为g)求：