专题3.6 用力学三大观点处理电磁感应中的单双棒问题-【鼎力高考】2023年高考物理靶向冲刺强化训练（三大题型+提升模拟）

2023年高考物理靶向冲刺强化训练 （三大题型+提升模拟） 专题3.6 用力学三大观点处理电磁感应中的单双棒问题 1．水平面上两根足够长的金属导轨平行固定放置，间距为L，一端通过导线与阻值为R的电阻连接；导轨上放一质量为m的金属杆（见图），金属杆与导轨的电阻忽略不计；均匀磁场竖直向下，用与导轨平行的恒定拉力F作用在金属杆上，杆最终将做匀速运动。当改变拉力的大小时，相对应的匀速运动速度v也会变化，v与F的关系如下图。（取重力加速度）。已知m=0.5kg，L=0.5m，R=0.5Ω。 （1）金属杆在匀速运动之前速度和加速度如何变化？ （2）求磁感应强度B和动摩擦因数为多大。 2．如图所示，间距L＝1m、足够长的平行金属导轨底端相连，倾角。质量m＝2kg的金属棒通过跨过轻质光滑定滑轮的细线与质量M＝1kg的重锤相连，滑轮左侧细线与导轨平行，金属棒电阻R＝1Ω（除金属棒外其他电阻均不计），金属棒始终与导轨垂直且接触良好，二者间的动摩擦因数，整个装置处于垂直导轨向上的匀强磁场中，磁感应强度B＝1T。初始时金属棒位于导轨底端，重锤悬于空中。现将重锤竖直向上再举高h＝1.8m（未触及滑轮），然后由静止释放。一段时间后细线绷直（作用时间极短），金属棒、重锤以大小相等的速度一起运动。再经t＝0.55s金属棒运动到最高点。已知重力加速度，，。 （1）重锤从释放到细线刚绷直时的运动时间； （2）金属棒的最大速度； （3）全程流过金属棒的电荷量。 3．如图所示，平行倾斜金属导轨Ⅰ，上端连接阻值为R的电阻，下端与一半径为l的60°圆弧导轨平滑连接，圆弧最底端ef处通过一小段（长度可忽略）绝缘介质与足够长的水平平行金属导轨Ⅱ相连，轨道宽度均为l。导轨Ⅰ所在区域abcd间有磁感应强度为B1、方向垂直轨道平面向上的匀强磁场，圆弧及水平轨道Ⅱ所在区域cd至gh间有磁感应强度为B2、方向竖直向上的匀强磁场。导轨Ⅱ左端gh之间连接电动势为E、内阻为r的电源。一根质量为m、电阻为R金属棒从导轨Ⅰ区域ab上方某位置静止释放，沿倾斜轨道经cd进入圆弧轨道直至最低点ef处。已知无论金属棒从ab轨道上方何处释放，进入圆弧轨道的速度均相同，金属棒到达ef后，在水平向左恒定外力F作用下向左加速运动，经过一段时间后达到稳定速度。不计一切摩擦和导轨的电阻，金属棒与导轨始终接触良好，求金属棒： （1）滑至cd处时的速度v的大小； （2）从cd滑至ef的过程中，通过电阻R的电荷量q； （3）在导轨Ⅱ上达到稳定时的速度vm的大小。 4．如图，两根相距L的平行光滑金属导轨水平放置，一端与电容为C的电容器相连。在导轨之间x>0一侧存在沿x方向均匀增大的稳恒磁场，磁感应强度B=kx，其方向与导轨平面垂直。一根质量为m的金属棒置于导轨上，并与导轨垂直。棒在水平外力作用下从x=0处以速度v沿导轨向右匀速运动，所有电阻不计。求∶ （1）金属棒在x=x1处时电容器所带的电荷量Q1； （2）电路中的电流i； （3）金属棒在x=x2处时电容器储存的电能。 5．如图所示，间距L=1m的平行金属导轨固定在同一水平面内，导轨右侧电路能够通过单刀双掷开关分别跟1、2相连，1连接阴极射线管电路，2连接电容器电路。MM′、NN′（MM′、NN′为两条垂直于导轨方向的平行线）之间分布着方向竖直向上、磁感应强度大小为B=1T的匀强磁场，MM′、NN′间的距离为d=1.5m，边界处有磁场。质量为m，长度跟导轨间距相等的导体棒垂直于导轨方向放置，跨过定滑轮的轻绳一端系在导体棒中点，另一端悬挂质量也为m的小物块，导体样与定滑轮之间的轻绳平行于导轨。已知阴极射线管工作时，每秒钟有n=6.25×1019个电子从阴极射到阳极，电容器电容为C=0.1F，电子的电荷量为e=1.6×10-19C，导体棒与导轨电阻均不计，导体棒与导轨始终垂直且接触良好，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g取10m/s2。 （1）若开关S接1时，导体棒恰好静止在磁场的右边界MM′处，且导体棒与导轨间的摩擦力为零，求物块的质量m； （2）将开关S迅速由1接到2，同时导体棒从磁场右边界MM′处由静止开始运动，若导体棒运动到磁场左边界NN′处时的速度为v=3m/s，求导体棒与导轨间的动摩擦因数μ。 6．电磁炮是利用磁场对通电导体的作用使炮弹加速的，其原理示意图如图所示，假设图中直流电源电动势为E=35V，电容器的电容为C=2F。两根固定于水平面内的光滑平行金属导轨间距为l=1m，电阻不计。炮弹可视为一质量为m=2kg、电阻为R=5Ω的金属棒MN，垂直放在两导轨间处于静止状态，并与导轨良好接触。首先开关S接1，使电容器完全充电；然后将S接至2，导轨间存在垂直于导轨平面向上、磁感应强度大小为B=2T的匀强磁场，MN开始向右加速运动，经过一段时间后回路中电流为零