内容正文:
新教材物理23—2
考向一 直流和交流电路
1.(2024甘肃庆阳中学检测)如图所示,A 为电
解槽,M 为电动机,N 为电炉子,恒定电压U=
15V,电解槽内阻rA=3Ω,当 K1 闭合,K2、K3
断开时,电流表 A示数为5A;当 K2 闭合,K1、
K3 断开时,电流表 A 示数为6A,且电动机输
出功率为54W;当 K3 闭合,K1、K2 断开时,电
流表 A示数为3A.求:
(1)电炉子的电阻及发热功率;
(2)电动机的内阻;
(3)在电解槽工作时,电能转化为化学能的功率.
2.(2024河北衡水中学调研)如图所示,用一小
型交流发电机向远处用户供电,已知发电机线
圈abcd匝数N=100匝,面积S=003m2,线
圈匀速转动的角速度ω=100πrad/s,匀强磁场
的磁感应强度B= 2π T
,输电导线的总电阻为R
=10Ω,降压变压器原、副线圈的匝数比n3∶n4
=10∶1,若用户区标有“220V,88kW”的电动
机恰能正常工作.发电机线圈电阻r不可忽略.
求:
(1)输电线路上损耗的电功率ΔP;
(2)升压变压器副线圈两端电压U2;
(3)若升压变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=
1∶8,交流发电机线圈电阻r 上消耗的热功
率P.
考向二 电磁感应中的电路及图像问题
3.(2024湖南雅礼中学月考)某中学兴趣小组研
究了电机系统的工作原理,认识到电机系统可
实现驱动和阻尼,设计了如图所示装置.电阻
不计的“L型”金属导轨由足够长竖直部分和水
平部分连接构成,竖直导轨间存在水平向右的
匀强磁场,磁感应强度大小为B.导体棒ab与
竖直导轨始终良好接触并通过轻质滑轮连接重
物M,初始被锁定不动.已知导体棒ab的质量
为m,重物 M 质量为3m,竖直导轨间距为d.
电源电动势E=5mgRBd
,内阻为R,导体棒与定
值电阻阻值均为R.
(1)把开关K接1,解除导体棒锁定,导体棒经时
间t恰好开始匀速上升,求
①通过导体棒的电流方向;
②导体棒匀速上升时的速度;
③此过程导体棒上升的高度h;
(2)把开关K接2,解除导体棒锁定,导体棒经时
间t′、下落高度h′时恰好开始匀速下落,求此过
程中回路产生的总焦耳热.
4.(2024哈尔滨三中模拟)如图甲所示,水平绝
缘传 送 带 正 在 输 送 一 闭 合 正 方 形 金 属 线 框
abcd,线框每一边电阻均为r,在输送中让线框
随传送带通过一固定的匀强磁场区域,磁场方
向竖直向下,磁感应强度大小为B,磁场边界
MN、PQ 与传送带运动方向垂直,其间距为2d.
已知传送带以恒定速率v0 运动,线框质量为m,
边长为d,线框与传送带间的动摩擦因数为μ,
且在传送带上始终保持线框左、右两边平行于
磁场边界,在线框右边刚进入磁场到线框右边
刚离开磁场的过程中,其速度v随时间t变化的
图像如图乙所示,重力加速度大小为g.求:
(1)线框右边刚进入磁场时a、b两点的电势差;
(2)整个线框恰好离开磁场时的速度大小;
(3)整个线框穿过磁场过程中产生的焦耳热.
新教材物理23—1
专题4 电路与电磁感应
新教材物理23—4
考向三 电磁感应中的动力学和能量问题
5.(2024河南中原名校联考)如图所示,足够长
的固定粗糙绝缘斜面,倾角为θ=37°,平行于斜
面底边的边界PQ 下侧有垂直斜面向下的匀强
磁场,磁感应强度为B=1T.一质量为 M=
02kg的 U型金属框M′MNN′静置于斜面上,
其中MN 边长L=04m,处在磁场中与斜面底
边平行,框架与斜面间的动摩擦因数为 μ=
075,框架电阻不计且足够长.质量 m=01
kg,电阻R=06Ω的金属棒ab横放在 U 形金
属框架上从静止释放,释放位置在边界 PQ 上
方距离为d=075m.已知金属棒在框架上无
摩擦地运动,且始终与框架接触良好,设框架与
斜面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g 取
10m/s2,(sin37°=06,cos37°=08)求:
(1)金属棒ab刚进入磁场时,框架 MN 边受到
的安培力;
(2)金属棒ab刚进入磁场时,框架的加速度大
小a;
(3)金属棒ab进入磁场最终稳定运动时,金属
棒重力的功率P.
6.(2024河北石家庄二中月考)如图所示,固定
的一对长金属导轨,间距为L=05m,其水平
部分与倾斜部分均足够长.导轨的水平部分处
于竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度大小为
B1,其左侧连接了电源 G.导轨的倾斜部分倾
角θ=37°且处于平行斜面向上的匀强磁场中,
磁感应强度大小为B2,其下方接有开关S和C
=01F的电容器,开始时开关断开、电容器不
带电.导轨上正对的P、Q 两处各有一小段用绝
缘材料制成,长度不计.质量均为m=025kg
的导电杆甲、乙静止在导轨上,均与导轨垂直,
甲与导轨摩擦不计,电阻R1=
5
8 Ω
,乙的电阻
R2=
5
4 Ω
.某时刻起电源 G开始工作,输出恒
定电流I0=05A,经t0=3s,使甲运动到P、Q
处,电源 G 立即停止工作.当甲越过P、Q 瞬
间,再对其施加一个沿导轨水平向右的恒力F
=16N,此时乙恰好开始运动.己知B1=B2
=1T,不计除导电杆外所有电阻,不计回路自
身激发磁场,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,
sin37°=06,cos37°=08.
(1)求甲通过P、Q 时的速度大小;
(2)求乙与倾斜导轨间的动摩擦因数;
(3)求电源G输出的总能量;
(4)为回收部分能量,闭合开关S,其他条件不
变,已知在甲通过P、Q 后10s内位移为102m,
产生的焦耳热为49J,此时电容器已达到最大
稳定电压.当电容器电压为UC 时,其储能为
EC=
1
2CU
2
C.忽略电磁辐射,求此过程中,乙上
产生的焦耳热(该结果保留3位有效数字).
考向四 动量观点在电磁感应中的应用
7.(2024陕西工大附中月考)两平行金属导轨
ABC、A′B′C′按如图(a)所示方式固定,倾斜导
轨的倾角均为θ=30°,倾斜导轨与水平导轨在
B、B′处平滑连接,两导轨平面内均有垂直于平
面向上的匀强磁场,磁感应强度大小均为B=
2T.在水平导轨上固定有两竖直立柱,BB′的
连线、两竖直立柱的连线均与水平导轨垂直.
将金属棒甲锁定在两竖直立柱与BB′之间的水
平导轨上且金属棒甲离BB′足够远.t=0时,
将金属棒乙在离BB′足够远的倾斜导轨上由静
止释放.t1=10s时,金属棒乙刚进入水平导
轨,同时解除对金属棒甲的锁定.t2=14s时,
两金属棒的速度刚好相等,且金属棒甲刚好与
竖直立柱碰撞.在0~t2 这段时间内,两金属棒
的速度—时间图像如图(b)所示.已知导轨间
距和两金属棒长度均为d=1m,两金属棒的质
量均为m=1kg,金属棒甲的电阻为R=3Ω,金
属棒乙的电阻为r=1Ω,两金属棒始终与导轨
垂直且接触良好,金属棒甲与两竖直立柱的碰
撞为弹性碰撞,忽略一切摩擦和导轨电阻,重力
加速度取g=10m/s2.求:
(1)t1 时刻,金属棒乙两端的电压U;
(2)t2 时刻以后,金属棒甲产生的焦耳热Q.
8.(2024山东德州联考)某公园的游乐场中引进
了电磁弹射儿童车项目,可简化如图,宽度为L
的水平轨道中BE、CH 两段为绝缘材料制成,
其余部分均为导体,且轨道各部分都足够长.
ABCD 和EFGH 区域均存在竖直向下的匀强
磁场B(B 未知),AD 处接有电容大小为C 的电
容器,FG处接有阻值为2R 的定值电阻.儿童
车可简化为一根质量为m,电阻为R 的导体棒
(与轨道始终保持垂直且接触良好),开始时导
体棒静止于AD 处(如图),电容器两端电压为
U0,然后闭合开关 S,导体棒开始向右加速弹
射.已知重力加速度为g,不计一切摩擦和阻
力.求:
(1)开始时电容器所带的电荷量q0;
(2)若导体棒在ABCD 轨道上获得的最终速度
为v,求整个过程中定值电阻2R 上产生的总热
量Q;
(3)当B 为多大时,导体棒在ABCD 轨道上获
得的最终速度最大? 其最大值vm 为多少?
新教材物理23—3
新教材物理答案 —33
由几何关系可得,汇聚点横坐标x= 3a+L+a
专题4 电路与电磁感应
1.(1)3Ω 75W (2)1Ω (3)18W
[试题解析](1)电炉子为纯电阻元件,由欧姆定律可得
电炉子的电阻为RN=
U
IN
=155 Ω=3Ω
其发热功率为P热 =I2NRN=52×3W=75W
(2)电动机为非纯电阻元件,电动机的电功率为
P电 =UIM=15×6W=90W
电动机的热功率为 PM热 =P电 -P出 =90 W-54 W=
36W
又PM热 =I2MrM
代入数据解得rM=1Ω
(3)在电解槽工作时,电功率为
P电 =UIA=15×3W=45W
电解槽的热功率为PA热 =I2ArA=32×3W=27W
则电能转化为化学能的功率为P化 =P电 -PA热 =18W
2.(1)160W (2)2240V (3)640W
[试题解析](1)设降压变压器原、副线圈的电流分别为
I3、I4,电动机恰能正常工作,则有
I4=
P用
U4
=8800220 A=40A
根据理想变压器的变流比可知
I3
I4
=
n4
n3
解得I3=4A
所以输电线路上损耗的电功率 ΔP=I23R
解得 ΔP=160W
(2)根据理想变压器的变压比可知
U3
U4
=
n3
n4
解得U3=2200V
升压变压器副线圈两端电压U2=U3+I3R
解得U2=2240V
(3)根据理想变压器的变压比可知
U1
U2
=
n1
n2
可得U1=280V
升压变压器的原线圈输入功率P1=ΔP+P用
可得P1=8960W
根据P1=U1I1
解得I1=32A
根据正弦式交变电流产生规律可知,最大值为Em=NBSω
代入数据解得Em=300 2V
发电机线圈内阻上消耗的热功率P内 =I1E-I1U1
可得P内 =640W
3.(1)①方向由a到b ②v1=
4mgR
B2d2
③h=2mgR
B2d2 (2t-
16mR
B2d2 ) 或h=
4mgRt
B2d2
-32m
2gR2
B4d4
(2)Q=m
2g2R
B2d2 (10t′+
18mR
B2d2 ) -2mgh′
[试题解析](1)①导体棒向上运动根据右手定则,电流
方向由a到b.
②感应电流为I=Bdv12R
由平衡条件得BId+mg=3mg
得v1=
4mgR
B2d2
③根据动量定理(3mg-mg)t-Bdq=4mv1
电荷量为q=IΔt= ΔΦΔt2RΔt=
Bdh
2R
得h=2mgR
B2d2 (2t-
16mR
B2d2 ) 或h=
4mgRt
B2d2
-32m
2gR2
B4d4
(2)开关K 接2,导体棒匀速运动时的电流为I′=E-Bdv22R
由平衡条件得BI′d=3mg-mg
得v2=
mgR
B2d2
根据动量定理Bdq′-(3mg-mg)t′=4mv2
得q′=2mgt′Bd +
4m2gR
B3d3
由能量守恒Eq′=12×4mv
2
2+(3mg-mg)h′+Q
得Q=m
2g2R
B2d2
(10t′+18mR
B2d2
)-2mgh′
4.(1)-34Bdv0
(2)v20-2μgd (3)4μmgd
[试题解析](1)线框右边刚进入磁场时,有E=Bdv0
由楞次定律可知线框进入磁场过程中感应电流方向为
逆时针 (俯 视).故 a、b 两 点 电 势 差 Uab = -
3
4E=
-34Bdv0
(2)整个线框刚好离开磁场时的速度等于整个线框刚好
进入磁场时的速度,设其大小为v,从线框恰好完全进
入磁场至右边恰好出磁场的过程中线框做匀加速直线
运动,由动能定理有
μmgd=
1
2mv
2
0-
1
2mv
2
解得v= v20-2μgd
(3)线框穿过磁场的整个过程中初、末速度分别为v0、v,
整个过程中摩擦力不变,由动能定理有 W 安 +μmg×3d
=12mv
2-12mv
2
0
又由功能关系有Q=-W 安
解得Q=4μmgd
5.(1)8N,方向沿斜面向下
(2)1m/s2 (3)1.5W
[试题解析](1)金属棒在框架上无摩擦地运动,设刚进
入磁场的速度为v0,根据动能定理得
新教材物理答案 —34
mgdsinθ=12mv
2
0-0
解得v0=3m/s
进入磁场后,根据法拉第电磁感应定律E=BLv0
根据闭合电路欧姆定律I=ER
解得I=2A
电流方向由 N 流向M.框架 MN 边受到的安培力大小
为F安 =BIL=08N,方向沿斜面向下.
(2)框架受到斜面的摩擦力方向沿斜面向上,大小为
f=μ(M+m)gcos37°=18N
设框架的加速度为a,根据牛顿第二定律可得
Mgsinθ+F安 -f=Ma
代入数据解得a=1m/s2
(3)因金属棒和框架整体的重力沿斜面向下的分力与斜
面对框架的摩擦力平衡,故金属棒和框架整体沿斜面方
向动量守恒,最终金属棒ab与框架分别以v1、v2 的速度
做匀速运动,则有mv0=mv1+Mv2
此时回路的电动势为E′=BL(v1-v2)
电流为I′=E′R
金属棒ab匀速运动mgsinθ-BI′L=0
联立解得v1=25m/s,v2=025m/s
金属棒ab重力的功率P=mgv1sinθ=15W
6.(1)3m/s (2)1516
(3)5132J
(4)96.5J
[试题解析](1)对甲导电杆进行分析,根据牛顿第二定
律有B1I0L=ma1
根据速度公式有v0=a1t0
解得v0=3m/s
(2)甲导电杆刚刚通过P、Q 时的感应电动势E1=BLv0
此时的感应电流I1=
E1
R1+R2
解得I1=0.8A
根据右手定则确定电流从上往下看,方向为逆时针,根
据左手定则可知,乙导电杆所受安培力方向垂直于斜面
向上,且大小为F1=B2I1L
解得F1=04N
此时乙恰好开始运动,则有mgsinθ=μ(mgcosθ-F1)
解得μ=
15
16
(3)根据能量守恒定律,电源 G输出的总能量
E=12mv
2
0+I20R1t0
解得E=5132J
(4)对甲分析,在拉力作用下,向右先做加速度减小的变
加速运动,最后做匀速直线运动,则有F=BI2L
感应电流I2=
B1Lv1
R1+R2
解得v1=12m/s
对甲分析,根据动能定理有
Fx甲 +W 安 =12mv
2
1-
1
2mv
2
0
根据功能关系有|W 安|=Q甲 +Q乙 +12CU
2
C,其中UC=
R2
R1+R2
B1Lv1
解得Q乙 =965J
7.(1)7.5V (2)7516J
[试题解析](1)金 属 棒 乙 在 倾 斜 导 轨 上 最 终 匀 速,有
mgsinθ=BId
金属棒乙两端的电压U=IR
联立解得U=7.5V
(2)t1 时刻的电动势为E=Bdv1
又I= ER+r
解得t1 时刻金属棒乙刚进 入 水 平 导 轨 时 的 速 度v1=
5m/s
在t1~t2 这段时间内,两金属棒所受安培力等大、反向,
因此两金属棒组成的系统动量守恒,则有mv1=2mv2
可得金 属 棒 甲 刚 好 与 竖 直 立 柱 碰 撞 时 的 速 度 v2 =
25m/s
金属棒甲与竖直立柱碰撞后以原速率返回,两金属棒组
成的系统动量守恒,则有-mv2+mv2=2mv3
可得v3=0
t2 时刻以后,系统产生的焦耳热Q总 满足Q总 =
1
2mv
2
2×2
解得Q总 =254 J
金属棒甲产生的焦耳热Q= RR+rQ总
解得Q=7516J
8.(1)CU0 (2)
1
3mv
2 (3)1L
m
C
U0
2
C
m
[试题解析](1)开始时电容器所带的电荷量q0=CU0
(2)BE、CH 两段为绝缘材料制成,整个过程中定值电阻
2R 上产生的总热量即为导体棒在EFGH 轨道运动过
程产生的热量,对导体棒在EFGH 轨道运动过程,由于
轨道足够长,导体棒最终静止
Q总 =12mv
2,Q=23Q总
得Q=13mv
2
(3)导体棒在ABCD 轨道运动过程BILt=mvm-0
Δq=It
C=ΔqΔU
ΔU=U0-U
Δq=q0-q
C=qU
U=BLvm
新教材物理答案 —35
得vm=
CLU0
CBL2+mB
当且仅当CBL2=mB
即B=1L
m
C
时,最终速度最大,其最大值为vm=
U0
2
C
m
专题5 机械振动和机械波 光学 热学
1.(1)0.6πs 0.9m (2)004kg
[试题解析](1)单摆每次经过最低点时拉力最大,结合
图乙,该单摆的周期为T=06πs
根据单摆周期公式T=2π Lg
代入数据可求得L=09m
(2)单摆在A、C 点速度为零,由图乙可知,此时摆线的
拉力最小,则有F1=mgcosα
B 点速度最大,摆线拉力最大,则有F2-mg=m
v2
L
其中F1=0399N,F2=0402N,从A 点到B 点,由动
能定理有mgL(1-cosα)=12mv
2
联立代入相关数据求得m=004kg
2.(1)见解析 (2)x′=10cos(2πt)(cm)
[试题解析](1)如图所示
取向下为正方向,将木筷往下按x之前mg=F浮 =ρgsx0
按下x后F浮 =ρgS(x0+x)
F回 =-F浮 +mg=-ρgSx
令ρgS=k,F回 =-kx
所以木筷在水中的运动为简谐运动.
(2)因为筷子每10秒上下振动20次,则筷子简谐运动
的周期为T=1s
则筷子振动过程位移随时间变化的关系式
x′=10cos(2πTt) =10cos(2πt)(cm)
3.(1)沿x轴正方向或水平向右,沿y轴正方向
(2)4×103 m/s (3)122×105 m
[试题解析](1)由振动图像和波动图像得,该地震简谐
横波的传播方向沿x 轴正方向或水平向右.t=10s
时,质点P 沿y 轴正方向振动.
(2)由振动图像和波动图像得波长λ=4km,周期 T=
10s,由v=λT
解得v=4×103 m/s
(3)质点P 振动30s后,波沿x轴正方向传播的距离为
Δx=vt
则dmax=Δx+x0
解得dmax=122×105 m
4.(1)360cm (2)AC上有2个振动加强点
[试题解析](1)通过图像可知,水波的振动周期为 T=
2s,可知水波的波速为v=λT =1m
/s
则水波从波源传播到A 点所需时间为t1=
xsA
v =3s
故在t=12s时间内,小孔A 处的质点振动的时间Δt=t
-t1=9s=45T
通过的路程SA=18A=360cm
(2)设AC线段上P 点为振动加强点,则满足
(sB+BP)-(sA+AP)=2nλ2
整理得BP-AP=nλ+λ2=
(2n+1)m(n=0,1,2)
根据几何关系可知BP-AP<AB
根据几何关系可知(sB-sA)<AB<(sB+sA)
即1m<AB<7m
因为AB 距离等于4米,3m<AB≤5m,
则BP-AP=(2n+1)m<5m
解得n存在两个解n=0或n=1
由几 何 关 系 可 知,AC 上 的 点,越 靠 近C 点,波 程 差 越
小,故分析最靠近C 点的加强点是否满足距离关系即
可,设较远点为P′,对应n=0,则同理满足9<(AP′+
1)2-AP′2≤25
解得4<AP′<12<AC,故有2个加强点.
5.(1)2 (2)
(3+ 3)L
3c
[试题解析](1)恰好在CD 面发生全反射,由几何关系
可得入射角α=30°
刚好全反射时sinα=1n
解得折射率n=2
(2)光路图如图所示
根据几何关系可得
PQ=12L+
1
2Ltan30°=
(3+ 3)
6 L
光在五棱镜中传播速度为v=cn =
c
2
传播的时间为t=PQv
代入数据解得t=
(3+ 3)L
3c