内蒙古赤峰市赤峰学院附属中学2023-2024学年高二上学期1月期末物理试题

15.(16 分)如图所示，PM、QN是两条半径为d的光滑的四分之一圆弧轨道，其间距为L,O、 I连线水平，M、N在同一水平高度，在其上端连有一阻值为R 的电阻，整个装置处于磁感应 强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中，现有一质量为m的金属棒从轨道的顶端PQ处由 静止开始下滑，到达轨道底端MN时对轨道的压力大小为1.5mg(重力加速度大小为g)金属 棒沿导轨向下运动的过程中始终与导轨垂直，且与导轨接触良好，金属棒连入回路的E阻也为 R,圆弧轨道电阻不计。求： (1)金属棒到达最低点时两端的电压U; (2)金属棒下滑过程中产生的热量Q; (3)金属棒下滑过程中通过电阻R的电荷量q。 书 !高二物理"参考答案 ! 第 ! 页#共 " 页$% " !"#!$"% " 高二物理试卷参考答案 !#$ ! "#% ! &#' ! (#) ! *#' ! +#) ! ,#% ! -#'$ ! .#)% ! !/#'% !!! !"向下插入 ! ! " 分" ! " " '$ ! ! " 分#选对一项得 ! 分#选错不得分" ! & "阻碍引起感应电流磁通量的变化 ! ! " 分#意思正确即可给分" !"! !" /!(,// ! ! " 分"! /!(+.- ! /!(,/" 均可给分" ! " " !"/ ! ! " 分" ! & " " " " (#$ ! ! & 分" ! ( "小于 ! ! " 分" !&! 解$!"根据几何关系可知#点电荷到 % 点的距离 & 槡0 *' ! ! " 分" 点电荷在 % 点产生的电场的电场强度大小 ( % 0 $) & " ! ! " 分" 解得 ( % 0 $) *' " % ! ! " 分" ! " "小球从 % 点运动到 * 点的过程中#根据动能定理有 + , '1 - . %* 0 ! " +/ " ! ! & 分" 解得 . %* 0 +/ " 2"+ , ' " - % ! ! " 分" !(! 解$!"设粒子在磁场中做半径为 & 的匀速圆周运动#根据几何关系有 &2&345 ! 00 ! ! " 分" 粒子受到的洛伦兹力提供向心力#根据牛顿第二定律有 - /*0+ / " & ! ! " 分" 解得 *0 +/ / " - 0 % ! ! " 分" ! " ! ! # $ % & " ! ! ! ' ! " "粒子的运动轨迹如图所示#根据几何关系可知#矩形区域面积 最小时#矩形的长 10& ! ! " 分" 矩形的宽 20&2&345 ! " ! ! " 分" 矩形区域的面积 3 / 0120 ! 槡(2"&"0"% ! ! " 分" !高二物理"参考答案 ! 第 " ! 页#共 " 页$% " !"#!$"% " !*! 解$!"设金属棒在圆弧轨道的最低点的速度大小为 / #对金属棒受力分析#根据牛顿第二定 律有 42+ , 0+ / " 0 ! ! " 分" 根据牛顿第三定律可知 40!!*+ , 金属棒切割磁感线产生的感应电动势 (0*#/ ! ! " 分" 金属棒中的感应电流 50 ( "6 ! !分" 解得金属棒两端的电压 .0560 *# " , 槡 0 ( % ! ! " 分" ! " "根据能量守恒定律有 + , 00 ! " +/ " 1)总 ! ! " 分" 金属棒产生的热量 )0 6 616 )总0 ! " )总 ! !分" 解得 )0 &+ , 0 - % ! ! " 分" ! & "设金属棒下滑过程中的平均电流为 5 #则 - 05 & 7 ! !分" 金属棒下滑过程中产生的平均感应电动势 (0 #" 7 0 *#0 7 ! !分" 根据闭合电路欧姆定律有 50 ( "6 ! !分" 解得 - 0 *#0 "6 % ! !分"