《2020年物理高考专题复习三大力学思路在电磁感应应用之水平单杆问题》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020年物理高考专题复习三大力学思路在电磁感应应用之水平单杆问题（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、三大力学思路在电磁感应应用之水平单杆问题【例1】如图所示，空间中存在着竖直向下的匀强磁场，在水平面上固定着平行金属轨道MN和PQ。金属杆ab沿垂直轨道方向放置在两轨道上，且与轨道接触良好。与两轨道连接的电路中两个电阻R1和R2的阻值相同，与电阻R2串联着电容器C。 在ab杆沿金属轨道向右匀速运动的过程中，以下说法中正确的是( ) A电阻R1上有电流，其方向是由d向c B电阻R2上有电流，其方向是由e到f C电阻R2两端的电压与电阻R1两端的电压相同 D电容器两极板间的电压等于电阻R1两端的电压 【例2】如图所示，MNPQ为一个电阻可忽略的光滑的导体框架，水平放置，MN与PQ足够长且彼此平行，共
2、处在方向竖直向上的匀强磁场中，另一个金属棒ab与MN、PQ垂直，可在框架上滑动。现在用大小恒定的外力F水平向右拉动ab，使它沿与MN、PQ平行的方向向右运动，则力F做功的功率将( ) A一直保持恒定 B越来越大最后趋于恒定 C一直越来越大 D一直越来越小【例3】如图(甲)所示，固定在水平桌面上的光滑金属框架cdeg处于方向竖直向下的匀强磁场中，金属杆ab与金属框架接触良好。在两根导轨的端点d、e之间连接一电阻，其他部分电阻忽略不计。现用一水平向右的外力F作用在金属杆ab上，使金属杆由静止开始向右在框架上滑动，运动中杆ab始终垂直于框架。图(乙)为一段时间内金属杆受到的安培力f随时间t的变化关系
3、，则图(丙)中可以表示外力F随时间t变化关系的图象是( ) 【例4】如图所示，匀强磁场中有两条水平放置的电阻可忽略的光滑平行金属轨道，轨道左端接一个阻值为R的电阻，R两端与电压传感器相连。一根导体棒(电阻为r)垂直轨道放置，从t0时刻起对其施加一向右的水平恒力F，使其由静止开始向右运动。用电压传感器瞬时采集电阻R两端的电压U，并用计算机绘制出U-t图象。若施加在导体棒上的水平恒力持续作用一段时间后撤去，那么计算机绘制的图象可能是( ) 【例5】如图所示，水平面内有一平行金属导轨，导轨光滑且电阻不计。匀强磁场与导轨平面垂直。阻值为R的导体棒垂直于导轨静止放置，且与导轨接触。T0时，将开关S由1掷
4、到2。Q、i、v和a分别表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度和加速度。下列图象正确的是( ) 【例6】如图所示，水平面内两根光滑的平行金属导轨，左端与电阻R相连接，匀强磁场B竖直向下分布在导轨所在的空间内，质量一定的金属棒垂直于导轨并与导轨接触良好。若对金属棒施加一个水平向右的外力F，使金属棒从a位置由静止开始向右做匀加速运动并依次通过位置b和c。若导轨与金属棒的电阻不计，a到b与b到c的距离相等，则下列关于金属棒在运动过程中的说法正确的是( ) A金属棒通过b、c两位置时，电阻R的电功率之比为12 B金属棒通过b、c两位置时，外力F的大小之比为1C在从a到b与从b到c的两个过程中，电
5、阻R上产生的热量之比为11 D在从a到b与从b到c的两个过程中，通过金属棒的横截面的电量之比为12 【例7】如图所示，接有灯泡L的平行金属导轨水平放置在匀强磁场中，一导体杆与两导轨良好接触并做往复运动，其运动情况与弹簧振子做简谐运动的情况相同。图中O位置对应于弹簧振子的平衡位置，P、Q两位置对应于弹簧振子的最大位移处。若两导轨的电阻不计，则( ) A杆由O到P的过程中，电路中电流变大 B杆由P到Q的过程中，电路中电流一直变大C杆通过O处时，电路中电流方向将发生改变 D杆通过O处时，电路中电流最大【例8】如图所示，固定位置在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为d，其右端接有阻值为R的电阻，
6、整个装置处在竖直向上磁感应强度大小为B的匀强磁场中。一质量为m(质量分布均匀)的导体杆ab垂直于导轨放置，且与两导轨保持良好接触，杆与导轨之间的动摩擦因数为u。现杆在水平向左、垂直于杆的恒力F作用下从静止开始沿导轨运动距离L时，速度恰好达到最大(运动过程中杆始终与导轨保持垂直)。设杆接入电路的电阻为r，导轨电阻不计，重力加速度大小为g。则此过程( ) A杆的速度最大值为 B流过电阻R的电量为 C恒力F做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的变化量 D恒力F做的功与安倍力做的功之和大于杆动能的变化量【例9】如图(甲)所示，一个“”型导轨垂直于磁场固定在磁感应强度为B的匀强磁场中，a是与导轨相同的导体
7、棒，导体棒与导轨接触良好。在外力作用下，导体棒以恒定速度v向右运动，以导体棒在图(甲)所示位置的时刻作为计时起点，下列物理量随时间变化的图像可能正确的是( ) 【例10】如图甲所示，光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在同一水平面上，两导轨间距L0.3m。导轨电阻忽略不计，其间连接有固定电阻R0.4 。导轨上停放一质量m0.1kg、电阻r0.2 的金属杆ab，整个装置处于磁感应强度B0.5T的匀强磁场中，磁场方向竖直向下。利用一外力F沿水平方向拉金属杆ab，使之由静止开始运动，电压传感器可将R两端的电压U即时采集并输入电脑，获得电压U随时间t变化的关系如图乙所示。试证明金属杆做匀加速直线运
8、动，并计算加速度的大小 求第2s末外力F的瞬时功率如果水平外力从静止开始拉动杆2s所做的功为0.3J，求回路中定值电阻R上产生的焦耳热是多少【例11】如图所示，光滑的U型金属导轨PQMN水平地固定在竖直向上的匀强磁场中。磁感应强度为B，导轨的宽度为L，其长度足够长，QM之间接有一个阻值为R的电阻，其余部分电阻不计。一质量为m，电阻也为R的金属棒ab，恰能放在导轨之上并与导轨接触良好。当给棒施加一个水平向右的冲量，棒就沿轨道以初速度v0开始向右滑行。求：开始运动时，棒中的瞬间电流i和棒两端的瞬间电压u分别为多大？当棒的速度由v0减小到 v0/10的过程中，棒中产生的焦耳热Q是多少？棒向右滑行的位
9、移x有多大？【例12】如图甲所示(俯视图)，相距为2L的光滑平行金属导轨水平放置，导轨一部分处在以OO为右边界匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直导轨平面向下，导轨右侧接有定值电阻R，导轨电阻忽略不计。在距边界OO也为L处垂直导轨放置一质量为m、电阻不计的金属杆ab。求解以下问题：若ab杆固定在轨道上的初始位置，磁场的磁感应强度在时间t内由B均匀减小到零，求此过程中电阻R上产生的焦耳热为Q1。若磁场的磁感应强度不变，ab杆在恒力作用下由静止开始向右运动3L距离，其v-x的关系图像如图乙所示。求 ab杆在刚要离开磁场时的加速度大小；此过程中电阻R上产生的焦耳热Q2 【例13】如图甲
10、所示，CDE是固定在绝缘水平面上的光滑金属导轨，CDDEL，CDE60，CD和DE单位长度的电阻均为r0，导轨处于磁感应强度为B、竖直向下的匀强磁场中。MN是绝缘水平面上的一根金属杆，其长度大于L，电阻可忽略不计。现MN在向右的水平拉力作用下以速度v0在CDE上匀速滑行。MN在滑行的过程中始终与CDE接触良好，并且与C、E所确定的直线平行。求MN滑行到C、E两点时，C、D两点电势差的大小 推导MN在CDE上滑动过程中，回路中的感应电动势E与时间t的关系表达式在运动学中我们学过：通过物体运动速度和时间的关系图线(v-t图)可以求出物体运动的位移x，如图乙中物体在0t0时间内的位移在数值上等于梯形
11、Ov0Pt0的面积。通过类比我们可以知道：如果画出力与位移的关系图线(F-x图)也可以通过图线求出力对物体所做的功。请你推导MN在CDE上滑动过程中，MN所受安培力F安与MN的位移x的关系表达式，并用F安与x的关系图线求出MN在CDE上整个滑行的过程中，MN和CDE构成的回路所产生的焦耳热。【例14】如图甲所示，空间存在B0.5T、方向竖直向下的匀强磁场，MN、PQ是处于同一水平面内相互平行的粗糙长直导轨，间距L0.2m，R是连接在导轨一端的电阻，ab是跨接在导轨上质量为m0.1kg的导体棒。从零时刻开始，通过一小型电动机对ab棒施加一个牵引力，方向水平向左，使其从静止开始沿导轨做加速运动，此过程中棒始终保持与导轨垂直且接触良好。图乙是棒的v-t图象，其中OA段是直线，AC段是曲线，CD段是曲线的渐进线，小型电动机在12s末达到额定功率P4.5W，此后保持功率不变，在t17s时，导体棒达到最大速度10m/s。除R外，其余部分电阻均不计，g10m/s2。求导体棒ab在012s内的加速度大小求导体棒与导轨间的动摩擦因数及电阻R的阻值；若导体棒ab从017s内共发生位移100m，试求1217s内，R上产生的热量是多少
