2013年高考物理28个典型题终极猜想21.docVIP

终极猜想二十一(六十九)　对应用力和能量观点分析电磁感应问题的考查 (本卷共4小题，满分60分．建议时间：30分钟 ) 命题专家 寄语　 这部分知识的试题往往是高考压轴大题，解决此类问题的基本思路是：分析电路结构，明确内电路和外电路；画出等效电路图；分析受力，列出方程，分析能量转化关系，列出能量守恒方程，把握安培力做功的过程就是电能与其它形式能的转化过程，也就是解题的关键. 1．如图1所示，光滑足够长导轨倾斜放置，导轨间距为L＝1 m，导轨平面与 水平面夹角为θ＝30°，其下端连接一个灯泡，灯泡电阻为R＝2 Ω，导体棒ab垂直于导轨放置，除灯泡外其它电阻不计．两导轨间的匀强磁场的磁感应强度为B＝0.5 T，方向垂直于导轨所在平面向上．将导体棒从静止释放，在导体棒的速度v达到2 m/s的过程中通过灯泡的电量q＝2 C．随着导体棒的下滑，其位移x随时间t的变化关系趋近于x＝4t－2(m)．取g＝10 m/s2，求： 　 图1 (1)导体棒的质量m； (2)当导体棒速度为v＝2 m/s时，灯泡产生的热量Q； (3)辨析题：为了提高ab棒下滑过程中小灯泡的最大功率，试通过计算提出两条可行的措施． 某同学解答如下：小灯泡的最大功率为P＝(其中vm为下滑的最大速度)，因此提高ab棒下滑过程中小灯泡的最大功率的措施有：增大磁感应强度B、…….由此所得结果是否正确？若正确，请写出其他两条可行的措施；若不正确，请说明理由并给出正确的解答． 2．两根光滑的长直金属导轨MN、M′N′平行置于同一水平面内，导轨间距 为l，电阻不计，M、M′处接有如图2所示的电路，电路中各电阻的阻值均为R，电容器的电容为C.长度也为l、阻值同为R的金属棒ab垂直于导轨放置，导轨处于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中．ab在外力作用下向右匀速运动且与导轨保持良好接触，求在ab运动距离为s的过程中，整个回路中产生的焦耳热为Q. 图2 求：(1)ab运动速度v的大小； (2)电容器所带的电荷量q. 3．如图3(a)所示，水平放置的两根平行金属导轨，间距L＝0.3 m，导轨左端 连接R＝0.6 Ω的电阻，区域abcd内存在垂直于导轨平面B＝0.6 T的匀强磁场，磁场区域宽D＝0.2 m．细金属棒A1和A2用长为2D＝0.4 m的轻质绝缘杆连接，放置在导轨平面上，并与导轨垂直，每根金属棒在导轨间的电阻均为r＝0.3 Ω，导轨电阻不计，使金属棒以恒定速度v＝1.0 m/s沿导轨向右穿越磁场．计算从金属棒A1进入磁场(t＝0)到A2离开磁场的时间内，不同时间段通过电阻R的电流强度，并在图3(b)中画出． 图3 4．(2012·江苏苏北四市一模，15)如图4甲所示，水平放置足够长的平行金属 导轨，左右两端分别接有一个阻值为R的电阻，匀强磁场与导轨平面垂直，质量m＝0.1 kg、电阻r＝的金属棒垂直于导轨放置．现用一拉力F＝(0.3＋0.2t)N作用在金属棒上，经过2 s后撤去F，再经过0.55 s金属棒停止运动．图乙所示为金属棒的vt图象，g＝10 m/s2.求： 图4 (1)金属棒与导轨之间的动摩擦因数； (2)整个过程中金属棒运动的距离； (3)从撤去F到金属棒停止的过程中，每个电阻R上产生的焦耳热． 1．解析　(1)根据x＝4t－2(m)得，最后匀速运动的速度为vm＝4 m/s 匀速运动时，F安＝mgsin 30° 即＝ mgsin 30° 解得m＝0.1 kg (2) 通过灯泡的电量q＝It＝＝＝2 C 解得s＝8 m 由动能定理得mgssin 30°－W安＝ 灯泡产生的热量Q＝W安＝mgssin 30°－＝3.8 J (3)不正确，式中vm，根据安培力大小等于重力沿斜面的分力，可以求出它与B的平方成反比，所以增大B的同时，最大速度在减小，并不能提高小灯泡的最大功率． 因为P＝I2R，所以提高ab棒下滑过程中小灯泡的最大功率，须增大电流I或电阻R 匀速运动时，F安＝BIL＝mgsin θ，I＝， 所以可以减小B、L，或增大m、θ. 答案　(1)0.1 kg　(2)3.8 J　(3)见解析． 2．解析　(1)设ab上产生的感应电动势为E，回路中的电流为I，ab运动距离 s所用时间为t，三个电阻R与电源串联，总电阻为4R，则E＝Blv 由闭合电路欧姆定律有I＝ t＝ 由焦耳定律有Q＝I2(4R)t 由上述方程得v＝ (2)设电容器两极板间的电势差为U，则有 U＝IR 电容器所带电荷量q＝CU 解得q＝ 答案　见解析 3．解析　0～t1(0～0.2 s)时间内 A1产生的感应电动势 E＝BLv＝0.6×0.3×1.0 V＝0.18 V 电阻R与A2并联阻值R并＝＝0.2 Ω 所以电阻R两端电压U＝E＝×0.18 V＝0.072 V 通过电阻R的电流I1＝＝ A＝0.