《2022高考物理一輪總復(fù)習(xí) 第十章 電磁感應(yīng) 專題強(qiáng)化8 電磁感應(yīng)中的“桿——軌”模型訓(xùn)練 新人教版》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《2022高考物理一輪總復(fù)習(xí) 第十章 電磁感應(yīng) 專題強(qiáng)化8 電磁感應(yīng)中的“桿——軌”模型訓(xùn)練 新人教版(4頁珍藏版)》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
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〔專題強(qiáng)化訓(xùn)練〕
1.(2017·湖北襄陽四中月考)(多選)如圖甲所示,軌道左端接有一電容為C的電容器,導(dǎo)體棒在水平拉力的作用下從靜止開始向右運(yùn)動。電容器兩極板間電勢差隨時(shí)間變化的圖象如圖乙所示,下列關(guān)于導(dǎo)體棒運(yùn)動的速度v、導(dǎo)體棒受到的外力F隨時(shí)間變化的圖象正確的是( BD )
[解析] 感應(yīng)電動勢與電容器兩極板間的電勢差相等,即BLv=U,設(shè)電容器的U-t圖象的斜率為k,由圖乙可知U=kt,導(dǎo)體棒的速度隨時(shí)間變化的關(guān)系為v=t,故選項(xiàng)B正確;導(dǎo)體棒做勻加速直線運(yùn)動,其加速度a=
2、,由C=、I=,可得I==kC,由牛頓第二定律有F-BIL=ma,可以得到F=k(BLC+),故選項(xiàng)D正確。
2.(2017·四川資陽一診)如圖所示,兩根足夠長且平行的光滑金屬導(dǎo)軌所在平面與水平面成α=53°角,間距為L=0.5m的導(dǎo)軌間接一電阻,阻值為R=2Ω,導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)。在兩平行虛線間有一與導(dǎo)軌所在平面垂直的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.8T。導(dǎo)體棒a的質(zhì)量為m1=0.1kg,電阻為R1=1Ω;導(dǎo)體棒b的質(zhì)量為m2=0.2kg,電阻為R2=2Ω,它們分別垂直導(dǎo)軌放置并始終與導(dǎo)軌接觸良好?,F(xiàn)從圖中的M、N處同時(shí)將a、b由靜止釋放,運(yùn)動過程中它們都能勻速穿過磁場區(qū)域,且當(dāng)a剛出磁場時(shí)b正
3、好進(jìn)入磁場。a、b電流間的相互作用不計(jì),sin53°=0.8,cos53°=0.6,g取10m/s2。求:
(1)導(dǎo)體棒a剛進(jìn)入磁場時(shí),流過電阻R的電流I;
(2)導(dǎo)體棒a穿過磁場區(qū)域的速度v1;
(3)勻強(qiáng)磁場的寬度d。
答案:(1)1A (2)10m/s (3)m
[解析] (1)導(dǎo)體棒a在磁場中勻速運(yùn)動,則
m1gsinα-BI1L=0
根據(jù)并聯(lián)電路分流規(guī)律有
I2=2I
聯(lián)立解得I=1A
(2)導(dǎo)體棒a在磁場中勻速運(yùn)動時(shí),根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律及閉合電路歐姆定律有
E=BLv1
I1=
又因R總=R1+
聯(lián)立解得v1=10m/s
(3)設(shè)導(dǎo)體棒b在磁場
4、中勻速運(yùn)動的速度為v2,則
m2gsinα=BI2L
E2=BLv2
I2=
R′總=R2+
對導(dǎo)體棒a,設(shè)其在磁場中運(yùn)動的時(shí)間為Δt,則
d=v1Δt
v2=v1+gsinα·Δt
聯(lián)立解得d=m
3.(2017·北京卷)發(fā)電機(jī)和電動機(jī)具有裝置上的類似性,源于它們機(jī)理上的類似性。直流發(fā)電機(jī)和直流電動機(jī)的工作原理可以簡化為如圖1、圖2所示的情景。
在豎直向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,兩根光滑平行金屬軌道MN、PQ固定在水平面內(nèi),相距為L,電阻不計(jì)。電阻為R的金屬導(dǎo)體棒ab垂直于MN、PQ放在軌道上,與軌道接觸良好,以速度v(v平行于MN)向右做勻速運(yùn)動。
圖1軌道
5、端點(diǎn)MP間接有阻值為r的電阻,導(dǎo)體棒ab受到水平向右的外力作用。圖2軌道端點(diǎn)MP間接有直流電源,導(dǎo)體棒ab通過滑輪勻速提升重物,電路中的電流為I。
(1)求在Δt時(shí)間內(nèi),圖1“發(fā)電機(jī)”產(chǎn)生的電能和圖2“電動機(jī)”輸出的機(jī)械能。
(2)從微觀角度看,導(dǎo)體棒ab中的自由電荷所受洛倫茲力在上述能量轉(zhuǎn)化中起著重要作用。為了方便,可認(rèn)為導(dǎo)體棒中的自由電荷為正電荷。
a.請?jiān)趫D3(圖1的導(dǎo)體棒ab)、圖4(圖2的導(dǎo)體棒ab)中,分別畫出自由電荷所受洛倫茲力的示意圖。
b.我們知道,洛倫茲力對運(yùn)動電荷不做功。那么,導(dǎo)體棒ab中的自由電荷所受洛倫茲力是如何在能量轉(zhuǎn)化過程中起到作用的呢?請以圖2“電動
6、機(jī)”為例,通過計(jì)算分析說明。
答案:(1)E電= E機(jī)=BILvΔt (2)見解析
[解析] (1)題圖1中,電路中的電流I1=
棒ab受到的安培力F1=BI1L
在Δt時(shí)間內(nèi),“發(fā)電機(jī)”產(chǎn)生的電能等于棒ab克服安培力做的功
E電=F1·vΔt=
題圖2中,棒ab受到的安培力F2=BIL
在Δt時(shí)間內(nèi),“電動機(jī)”輸出的機(jī)械能等于安培力對棒ab做的功E機(jī)=F2·vΔt=BILvΔt
(2)a.如圖3、圖4所示。
b.設(shè)自由電荷的電荷量為q,沿導(dǎo)體棒定向移動的速率為u。
如圖4所示,沿棒方向的洛倫茲力f ′1=qvB,做負(fù)功
W1=-f ′1·uΔt=-qvBuΔt
垂直棒方向的洛倫茲力f ′2=quB,做正功
W2=f ′2·vΔt=quBvΔt
所以W1=-W2,即導(dǎo)體棒中一個(gè)自由電荷所受的洛倫茲力做功為零。
f ′1做負(fù)功,阻礙自由電荷的定向移動,宏觀上表現(xiàn)為“反電動勢”,消耗電源的電能; f ′2做正功,宏觀上表現(xiàn)為安培力做正功,使機(jī)械能增加。大量自由電荷所受洛倫茲力做功的宏觀表現(xiàn)是將電能轉(zhuǎn)化為等量的機(jī)械能;在此過程中洛倫茲力通過兩個(gè)分力做功起到“傳遞”能量的作用。