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2021高考物理新高考版一轮习题:第十章 微专题72 电磁感应中的“单杆模型” Word版含解析

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B2L2v

1.有外力牵引时:(1)动力学过程: 有F外-=ma.F外为恒力时,随着v的增加,a减

R+rF外?R+r?B2L2at

小,当a=0时,v最大vm=;F外为变力时,可能做匀加速,有F外-=ma.

B2L2R+r(2)能量转化过程:加速阶段W外=ΔEk+Q焦,其中Q焦=W克服安培力;匀速阶段W外=Q焦. (3)流过导体横截面的电荷量:q=mΔv

BqL=mΔv得: q=.

BL

B2L2v

2.无外力牵引,以一定初速度出发时:=ma随v的减小,a减小,最终速度减小到0.

R+rΔΦ

减少的动能转化为电能,最终转化为焦耳热,-ΔEk=Q焦 ;流过导体横截面的电荷量q=

R+rmΔv或 q=.

BL

1.(多选)(2019·四川绵阳市第三次诊断)如图1所示,两条充足长的平行金属导轨固定在水平面内,处于磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中,两导轨间距为L,左端间接一电阻R,质量为m的金属杆ab静置于导轨,杆与导轨间动摩擦因数为μ.现给金属杆一个水平向右的冲量I0,金属杆运动一段距离x后静止,运动过程中与导轨始终保持垂直且接触良好.不计杆和导轨的电阻,重力加速度为g.则金属杆ab在运动过程中( )

ΔΦ

,其中ΔΦ=BLx.或由动量定理得∑BiLΔt=mΔv,即R+r

图1

A.做匀减速直线运动

B.杆中的电流大小逐渐减小,方向从b流向a B2L2I0

C.刚开始运动时加速度大小为2-μg

mRI02

D.电阻R上消耗的电功为-μmgx

2m

2.(多选)(2019·山西运城市5月适合性测试)如图2所示,两根平行光滑金属导轨固定在同一水平面内,其左端接有定值电阻R,建立Ox轴平行于金属导轨,在0≤x≤4 m的空间区域内存有着垂直导轨平面向下的磁场,磁感应强度随坐标(以m为单位)的分布规律为B=0.8-0.2x

(T),金属棒ab在外力作用下从x=0处沿导轨向右运动,ab始终与导轨垂直并接触良好,不计导轨和金属棒的电阻.设在金属棒从x1=1 m处,经x2=2 m到x3=3 m的过程中,电阻器R的电功率始终保持不变,则( )

图2

A.金属棒做匀速直线运动

B.金属棒运动过程中产生的电动势始终不变

C.金属棒在x1与x2处受到磁场的作用力大小之比为3∶2 D.金属棒从x1到x2与从x2到x3的过程中通过R的电荷量相等

3.(多选)(2019·河南九师联盟质检)如图3所示,一长为L=1 m、质量为m=1 kg的导体棒ab垂直放在光滑且充足长的U形导轨底端,导轨宽度和导体棒等长且接触良好,导轨平面与水平面成θ=30°角,整个装置处在与导轨平面垂直的匀强磁场中,磁感应强度B=0.5 T.现给导体棒沿导轨向上的初速度v0=4 m/s,经时间t0=0.5 s,导体棒到达最高点,然后开始返回,到达底端前已做匀速运动.已知导体棒的电阻为R=0.05 Ω,其余电阻不计,重力加速度g取10 m/s2,忽略电路中感应电流之间的相互作用,则( )

图3

A.导体棒到达导轨平面底端时,流过导体棒的电流为5 A B.导体棒到达导轨平面底端时的速度大小为1 m/s

C.导体棒从开始到顶端的过程中,通过导体棒的电荷量为3 C D.导体棒从开始到返回底端的过程中,回路中产生的电能为15 J

4.(多选)(2019·辽宁重点协作体模拟)如图4所示,水平放置的光滑金属长导轨MM′和NN′之间接有电阻R,导轨左、右两区域分别处在方向相反与轨道垂直的匀强磁场中,右侧区域充足长,方向如图.设左、右区域磁场的磁感应强度分别为B1和B2,虚线为两区域的分界线.一根金属棒ab放在导轨上并与其正交,棒和导轨的电阻均不计.已知金属棒ab在水平向右的恒定拉力作用下,在左侧区域中恰好以速度v做匀速直线运动,则( )

图4

A.若B2=B1,棒进入右侧区域后先做加速运动,最后以速度2v做匀速运动 B.若B2=B1,棒进入右侧区域中后仍以速度v做匀速运动

v

C.若B2=2B1,棒进入右侧区域后先做减速运动,最后以速度做匀速运动

4D.若B2=2B1,棒进入右侧区域后先做加速运动,最后以速度4v做匀速运动

5.(2020·北京市东城区月考)如图5所示,两光滑水平放置的平行金属导轨间距为L,直导线MN垂直跨在导轨上,且与导轨接触良好,整个装置处于垂直于纸面向里的匀强磁场中,磁感应强度为B.电容器的电容为C,除电阻R外,导轨和导线的电阻均不计.现给导线MN一初速度,使导线MN向右运动,当电路稳定后,MN以速度v向右匀速运动时( )

图5

A.电容器两端的电压为零 BLvB.通过电阻R的电流为

RC.电容器所带电荷量为CBLv

B2L2v

D.为保持MN匀速运动,需对其施加的拉力大小为

R

6.(2019·天津市实验中学模拟)如图6所示,固定光滑金属导轨间距为L,导轨电阻不计,上端a、b间接有阻值为R的电阻,导轨平面与水平面的夹角为θ,且处在磁感应强度大小为B、 方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中.质量为m、电阻为r的导体棒与固定弹簧相连后放在导轨上.初始时刻,弹簧恰处于自然长度,导体棒具有沿导轨向上的初速度v0.整个运动过程中导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触.已知弹簧的劲度系数为k,弹簧的中心轴线与导轨平行,重力加速度为g.

图6

(1)求初始时刻通过电阻R的电流I的大小和方向;

(2)当导体棒第一次回到初始位置时,速度变为v,求此时导体棒的加速度大小a.

7.(2020·湖北恩施州质量检测)如图7所示,光滑平行导轨MN、M′N′固定在水平面内,左端MM′接有一个R=2 Ω的定值电阻,右端与均处于竖直面内的半圆形光滑金属轨道NP、

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