江蘇省2020版高考物理三輪復(fù)習(xí) 熱點(diǎn)19 電磁學(xué)綜合題（電磁感應(yīng)中三大觀點(diǎn)的應(yīng)用）練習(xí)（含解析）

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1、熱點(diǎn)19　電磁學(xué)綜合題(電磁感應(yīng)中三大觀點(diǎn)的應(yīng)用) (建議用時(shí)：20分鐘) 1．(2019·江蘇省四校聯(lián)考)如圖所示，兩條光滑的絕緣導(dǎo)軌，導(dǎo)軌的水平部分與圓弧部分平滑連接，兩導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)，導(dǎo)軌的水平部分有n段相同的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域(圖中的虛線范圍)，磁場(chǎng)方向豎直向上，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，磁場(chǎng)的寬度為s，相鄰磁場(chǎng)區(qū)域的間距也為s，且s大于L，磁場(chǎng)左、右兩邊界均與導(dǎo)軌垂直，現(xiàn)有一質(zhì)量為m、電阻為r、邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形金屬框，由圓弧導(dǎo)軌上某高度處?kù)o止釋放，金屬框滑上水平導(dǎo)軌，在水平導(dǎo)軌上滑行一段時(shí)間進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域，最終線框恰好完全通過(guò)n段磁場(chǎng)區(qū)域，地球表面處的重力加速度為g，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)可以忽略不計(jì)

2、，求： (1)金屬框進(jìn)入第1段磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中，通過(guò)線框某一橫截面的感應(yīng)電荷量及金屬框完全通過(guò)n段磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中安培力對(duì)線框的總沖量的大??； (2)金屬框完全進(jìn)入第k(k

3、面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B＝1 T．設(shè)導(dǎo)體棒甲、乙只在MN兩邊各自的導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g取10 m/s2. (1)將乙導(dǎo)體棒固定，甲導(dǎo)體棒由靜止釋放，問(wèn)甲導(dǎo)體棒的最大速度為多少？ (2)若甲、乙兩導(dǎo)體棒同時(shí)由靜止釋放，問(wèn)兩導(dǎo)體棒的最大速度為多少？ (3)若僅把乙導(dǎo)體棒的質(zhì)量改為m′＝0.05 kg，電阻不變，在乙導(dǎo)體棒由靜止釋放的同時(shí)，讓甲導(dǎo)體棒以初速度v0＝0.8 m/s沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng)，問(wèn)在時(shí)間t＝1 s內(nèi)電路中產(chǎn)生的電能為多少？ 3．間距為L(zhǎng)＝2 m的足夠長(zhǎng)的金屬直角導(dǎo)軌如

4、圖甲所示放置，它們各有一邊在同一水平面內(nèi)，另一邊垂直于水平面．質(zhì)量均為m＝0.1 kg的金屬細(xì)桿ab、cd與導(dǎo)軌垂直放置形成閉合回路．桿與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ＝0.5，導(dǎo)軌的電阻不計(jì)，細(xì)桿ab、cd的電阻分別為R1＝0.6 Ω，R2＝0.4 Ω.整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B＝0.50 T、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中(圖中未畫出)．當(dāng)ab在平行于水平導(dǎo)軌的拉力F作用下從靜止開始沿導(dǎo)軌勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，cd桿也同時(shí)從靜止開始沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng)．測(cè)得拉力F與時(shí)間t的關(guān)系如圖乙所示．g＝10 m/s2. (1)求ab桿的加速度a； (2)求當(dāng)cd桿達(dá)到最大速度時(shí)ab桿的速度大??； (3)若從開

5、始到cd桿達(dá)到最大速度的過(guò)程中拉力F做了5.2 J的功，通過(guò)cd桿橫截面的電荷量為0.2 C，求該過(guò)程中ab桿所產(chǎn)生的焦耳熱． 熱點(diǎn)19　電磁學(xué)綜合題 (電磁感應(yīng)中三大觀點(diǎn)的應(yīng)用) 1．解析：(1)設(shè)金屬框在進(jìn)入第一段勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域前的速度為v0，進(jìn)入第一段勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t，出第一段磁場(chǎng)區(qū)域運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t1，金屬框在進(jìn)入第一段勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中，線框中產(chǎn)生平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E＝ 平均電流為：I＝＝，則金屬框在出第一段磁場(chǎng)區(qū)域過(guò)程中產(chǎn)生的平均電流1＝，q＝It＝ 設(shè)線框經(jīng)過(guò)每一段磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中安培力沖量大小為I 則I

6、＝BILt＋B1Lt1＝ 整個(gè)過(guò)程累計(jì)得到：I總沖量＝n. (2)金屬框穿過(guò)第(k－1)個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域后，由動(dòng)量定理得到： －(k－1)＝mvk－1－mv0 金屬框完全進(jìn)入第k個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中，由動(dòng)量定理得到： －＝mv′k－mvk－1 n＝mv0 解得：v′k＝. 答案：(1)　n (2) 2．解析：(1)將乙棒固定，甲棒靜止釋放，則電路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1＝BLv 感應(yīng)電流I1＝， 甲棒受安培力F1＝BI1L 甲棒先做加速度減小的變加速運(yùn)動(dòng)，達(dá)最大速度后做勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí) mgsin α＝F1 聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得甲棒最大速度 vm1＝1.2 m/s. (2)甲

7、、乙兩棒同時(shí)由靜止釋放，則電路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2＝2BLv 感應(yīng)電流I2＝ 甲、乙兩棒均受安培力F2＝BI2L 最終均做勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)甲(或乙)棒受力mgsin α＝F2 聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得兩棒最大速度均為 vm2＝0.6 m/s. (3)乙棒靜止釋放，甲棒以初速度v0下滑瞬間，則電路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E3＝BLv0 感應(yīng)電流I3＝ 甲、乙兩棒均受安培力F3＝BI3L 對(duì)于甲棒，根據(jù)牛頓第二定律得： mgsin 37°－F3＝ma 對(duì)于乙棒，根據(jù)牛頓第二定律得： F3－m′gsin 37°＝m′a′ 代入數(shù)據(jù)聯(lián)立解得：a＝a′＝2 m/s2 甲棒沿導(dǎo)軌向下，乙棒

8、沿導(dǎo)軌向上，均做勻加速運(yùn)動(dòng) 在時(shí)間t＝1 s內(nèi)， 甲棒位移s甲＝v0t＋at2， 乙棒位移s乙＝a′t2 甲棒速度v甲＝v0＋at， 乙棒速度v乙＝a′t 據(jù)能量的轉(zhuǎn)化和守恒，電路中產(chǎn)生電能 E＝mgs甲sin 37°－m′gs乙sin 37°＋mv－mv－m′v　 聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得E＝0.32 J. 答案：(1)1.2 m/s　(2)0.6 m/s (3)0.32 J 3．解析：(1)由題圖乙可知，在t＝0時(shí)，F(xiàn)＝1.5 N 對(duì)ab桿進(jìn)行受力分析，由牛頓第二定律得 F－μmg＝ma 代入數(shù)據(jù)解得a＝10 m/s2. (2)從d向c看，對(duì)cd桿進(jìn)行受力分析如圖所示 當(dāng)cd速度最大時(shí)，有 Ff＝mg＝μFN，F(xiàn)N＝F安，F(xiàn)安＝BIL， I＝ 綜合以上各式，解得v＝2 m/s. (3)整個(gè)過(guò)程中，ab桿發(fā)生的位移 x＝＝0.2 m 對(duì)ab桿應(yīng)用動(dòng)能定理，有 WF－μmgx－W安＝mv2 代入數(shù)據(jù)解得W安＝4.9 J，根據(jù)功能關(guān)系有Q總＝W安 所以ab桿上產(chǎn)生的熱量 Qab＝Q總＝2.94 J. 答案：見(jiàn)解析 - 6 -