训练08 电磁感应定律的综合应用-突破2021年高考物理压轴大题专题针对训练

训练08 电磁感应定律的综合应用 1．光滑平行金属导轨倾斜放置，轨道平面与水平面成，轨道间距l=0.5m；质量m =0.1kg的铜棒ab垂直跨放在导轨上，导轨底端串联两个电阻和，其中为磁敏电阻，通过的感知可以使其周围磁感应强度达到某一设定值后保持不变，周围的磁感应强度由原垂直导轨平面向上的磁场B和感应电流的磁场B'共同决定。由静止释放铜棒ab，此时周围的磁场未达到设定值，铜棒ab做加速运动，且加速度减小：经= 0.6s当铜棒加速度减小到后保持不变，已知时间内通过电阻的电荷量=0.15C，铜棒的位移=0.9m，空间磁场的磁感应强度B=1.2T，=0.58，取g=10，cos37°=0.8，sin37°=0.6，导轨足够长，不计铜棒及导轨的电阻，由静止释放铜棒的时刻为t=0的时刻，感应电流的磁场B'对铜棒运动的影响不计。求： （1）0.6s末铜棒的速度； （2）讨论= 0.6s后磁敏电阻随时间的变化规律； （3）在t=1.0s时间内通过的电荷量及铜棒克服安培力做的功W（保留两位有效数字）。 【答案】（1）2.7m/s；（2）；（3）0.57J 【详解】 （1）沿斜面方向，由动量定理得 解得 （2）在后，由牛顿第二定律得 由闭合电路欧姆定律可知 联立解得 （2）1s末铜棒的速度 由动量定理得 解得 铜棒克服安培力做的功等于系统产生的电能，由能量守恒可知铜棒克服安培力做的功也等于系统损失的机械能，因此有 设铜棒下滑的位移为，则 解得 2．如图所示，两足够长的金属导轨（电阻不计）平行固定，导轨平面的倾角为，虚线ab上方导轨粗糙、下方导轨光滑，导轨间存在磁感应强度大小均为B的匀强磁场，ab上方、ab下方的磁场垂直导轨平面且方向分别向下、向上。导体棒JK、PQ放在导轨上，JK由静止滑下，当JK的速度为零时，PQ恰好处于静止状态，当JK处于稳定状态时，PQ又恰好处于静止状态。已知两导体棒的长度及导轨间距均为L，PQ的质量为m，两导体棒的电阻均为R，重力加速度大小为g，认为最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，两导体棒始终与导轨垂直且接触良好。 （1）求PQ与ab上方导轨间的动摩擦因数； （2）求JK的质量M及其最大速度； （3）若JK下滑距离为s时恰好开始处于稳定状态，求该过程中JK产生的焦耳热Q。 【答案】（1）；（2），；（3） 【详解】 （1）当JK的速度为零时，PQ受到方向沿导轨向上的最大静摩擦力，由物体的平衡条件有 解得 （2）当JK处于稳定状态（匀速直线运动状态）时，JK上产生的感应电动势 此时通过回路的电流 此时PQ受到方向沿导轨向下的最大静摩擦力，由物体的平衡条件有 解得 （3）设该过程回路中产生的焦耳热为，根据功能关系有 又 解得 3．如图所示，半径为L的金属圆环内部等分为两部分，两部分各有垂直于圆环平面、方向相反的匀强磁场，磁感应强度大小均为B0，与圆环接触良好的导体棒绕圆环中心0匀速转动。圆环中心和圆周用导线分别与两个半径为R的D形金属盒相连，D形盒处于真空环境且内部存在着磁感应强度为B的匀强磁场，其方向垂直于纸面向里。t=0时刻导体棒从如图所示位置开始运动，同时在D形盒内中心附近的A点，由静止释放一个质量为m，电荷量为－q（q>0）的带电粒子，粒子每次通过狭缝都能得到加速，最后恰好从D形盒边缘出口射出。不计粒子重力及所有电阻，忽略粒子在狭缝中运动的时间，导体棒始终以最小角速度ω（未知）转动，求： （1）ω的大小； （2）粒子在狭缝中加速的次数； （3）考虑实际情况，粒子在狭缝中运动的时间不能忽略，求狭缝宽度d的取值范围。 【答案】（1）；（2）；（3） 【详解】 （1）根据洛伦兹力充当向心力 得 棒的角速度最小值为 （2）根据洛伦兹力充当向心力 可得粒子离开加速器的速度为 由法拉第电磁感应定律，导体棒切割磁感线的电动势为 根据动能定理 得加速的次数为 （3）带电粒子在电场中的加速度为 粒子在电场中做匀加速直线运动，满足 为保证粒子一直加速，应满足 解得 4．如图甲所示，光滑且足够长的平行金属导轨、与水平面间的倾角，两导轨间距，导轨电阻忽略不计，其间连接有阻值的固定电阻。整个装置处于磁感应强度的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨面向下。一质量、电阻的金属杆垂直跨放在导轨上，现用一平行金属导轨面的外力F沿斜面向上拉金属杆，使之由静止开始向上运动。电压采集器可将其两端的电压U即时采集并输入电脑，获得的电压U随时间t变化的关系如图乙所示。g取，求： （1）时金属杆的速度v的大小； （2）时拉力F的瞬时功率P； （3）内通过金属杆横截面的电量q。 【答案】（1）；（2）0.5875W；（3） 【详解】 （1）由图像可知，当时，电路中电流 由 联立可得 （2）由图像可知 即回路的电流与时间成正比，可知金属杆做匀加速直线运动，由 可得 由