专题12磁场力、新信息综合题-决胜高考物理大题冲刺

1、奋斗没皆终点任何时候都是个起点决胜高考物理大题冲刺12专题十二 磁场力、新信息综合题1.（20分）（2014年4月浙江省金丽衢十二校2014届高三第二次联考）“电磁炮”是利用电磁力对弹体加 速的新型武器，具有速度快，效率高等优点。如图是“电磁炮”的原理结构示意图。光滑水平加速导 轨电阻不计，轨道宽为L=0.2m。在导轨间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B=1X10。“电磁炮” 弹体总质量m=0.2kg,其中弹体在轨道间的电阻R=0. 4。0可控电源的内阻r=0.6Q,电源的电压能自 行调节，以保证“电磁炮”匀加速发射。在某次试验发射时，电源为加速弹体提供的电流是1 = 4X101, 不计空气阻

2、力。求：（1）弹体所受安培力大小；（2）弹体从静止加速到4km/s,轨道至少要多长？（3）弹体从静止加速到4km/s过程中，该系统消耗的总能量：（4）请说明电源的电压如何自行调1限以保证“电磁炮”匀加速发射。奋斗没皆终点任何时候都是个起点【参照答案】(1) 8X104No(2) 20m 1.76X10,(4)电压增大【名师解析】(1)由安培力公式 F=BIL-8X104No由动能定理，所2, 2弹体从静止加速到4km 轨道长度x=7=20mo2F(3)由F=ma, v=at解得发射弹体需要时间t=lX 10-s.发射鹿体过程中产生的焦耳热Q=I2(Rr)t=1.6X 10;Jo弹体动能-刑声=

3、1.6 乂 10。J。2系统消耗总能量E=&F=1.76 X10。J。(4)由于弹体的速度熠大，弹体切割磁感线产生感应电动势，电源的电压增大，抵消产生的感应电动势, 以保证电源为加速弹体提供恒定的电流，使电磁炮匀加速发射。【考点定位】考查安培内、动能定理及其相关知识。2、如图所示，间距L=0.2m的平行金属导轨abc,和a上二j分别固定在两个竖直而内，两端的导轨均无限长,在水平而abb%二区域内和倾角 =37°的斜面cbb,c二区域内分别有磁感应强度8=0,4T、方向竖直向上和 ="、方向垂直于斜面向上的匀强磁场.电阻尼=0.1。、质量/=0. 1kg、长为

4、3;=0. 2m的相同导体杆K、 Q分别放置在导轨上，K、Q杆可沿导轨无摩擦滑动且始终接触良好.一端系于K杆中点的轻绳平行于导轨 绕过轻质定滑轮自然下垂，绳上加一个竖直向下的大小为E的力，K杆始终保持静I匕Q杆在垂直于杆且沿 斜而向下的拉力三作用下沿导轨向下运动，不计导轨电阻和各处的摩擦，绳不可伸长.取§=10111/-, sin37 ° =0.6, cos37° =0.8.求：(1)如果E=0.2N恒定不变，则从2=0开始经1分钟回路产生的热量？(2)如果E=0.2N恒定不变，试通过计算得出Q杆做值达3m题图奋斗没皆终点任何时候都是个起点怎样的运动？(3)如果丑

5、=h(A为常数、9单位s、尸单位为N),试通过计算说明得出Q杆做怎样的运动？(4)在(3)间的基础上，如果色=x/+0.4 (其中x是常数、v为Q运动的速度、单位为m/s,尸的 单位为N),当Q杆自静止开始沿导轨下滑s=2m的过程中，Q杆上电阻产生的焦耳热为1J,求常数x的值 和该过程拉力后做的功W?【参照答案】(1) 75Jo(2) v=2.5m/s, /为常数所以Q杆做匀速运动。(3) /= 篝由此可知Q杆做匀加速直线运动 DDL(4) x=0.2照=2.8J【名师解析】(1)对K水平方向列力的平衡方程有：F=BILf=2.5AQ=P (R f=75J(>)由法拉第电磁感应定律E=S

6、：LyB介联立解得；1二号篝=2.5ni/s , i为常数所以Q杆做匀速运动。(3)对K水平方向列力的平衡方程有：F=BJLE=BiLvr_E_ B2Lv一区一当十瓦解得： >二旗m由此可知Q杆做匀加速直线运动(4)尸 + 侬sin37" &IL=/naE=B：LvEBzLv1 R 十兄联立代入数据可得：（*一0.2）/+1=0. la可得：丫=0.2a=10m/s 二v =2as历 + mgss in37° - Q=薮m 炉%=2.8J【考点定位】考查安培力、法拉第电磁感应定律、牛顿运动定律及其相关知识。3、如图所示,两根粗细均匀的金属杆AB和CD的长度均为

7、Q电阻均为斤,质量分别为3m和限用两根等 长的、质量和电阻均不计的、不可伸长的柔软导线将它们连成闭合回路，悬跨在绝缘的、水平光滑的圆棒 两侧，AB和CD处于水平。在金属杆AB的下方有高度为4的水平匀强磁场，磁感强度的大小为5,方向与 回路平而垂直，此时CD处于磁场中。现从静止开始释放金属杆AB,经过一段时间（AB、CD始终水平），在 AB即将进入磁场的上边界时，其加速度为零，此时金属杆CD还处于磁场中，在此过程中金属杆AB上产生的焦耳热为Q重力加速度为g，试求:（1）金属杆AB即将进入磁场上边界时的速度n.（2）在此过程中金属杆CD移动的距离h和通过导线截而的电量q.B：XXX）：X）：XXX

8、）：XXX HXX（3）设金属杆AB在磁场中运动的速度为匕，通过计算说明也大小的可能范 围.（4）依据第（3）问的结果，请定性画出金属杆AB在穿过整个磁场区域的过 程中可能出现的速度一时间图像（丫一匕图）.【参照答案】_mgR （1）匕丁奋斗没皆终点任何时候都是个起点(2) q=(4)略【名师解析】(0 AB杆达到磁场边界时，加速度为零，系统处于平衡状态,对AB杆：3力培=27时 CD 杆：2T=mg+BIL又尸=即£二攀1解得V1=：WfZJ £(2)以AB、CD棒组成的系统在此过程中,根据能的转化与守恒有:/2 +Q _ 16m3g次2 +08”?mg绅BLh 16mz

9、：一+必, 2鼠下布苑一(3) AB杆与CD杆都在磁场中运动，直到达到匀速，此时系统处于平衡状态,对 AB 杆：3mg=2T+BIL对 CD 杆：27' =mg+BIL又尸=6IZ=f- K所以4磔斤（4） AB杆以速度巧进入磁场，系统受到安培力（阻力）突然熠加，系统做加速度不断减小的漏速运 动，接下来的运动情况有四种可能性：【考点定位】考查电磁感应定律、安培力、动能定理及其相关知I识。V/HI4 （2014 上海巾静安区二模）如图1所示，是磁流体动力发电机的工 作原理图.一个水平放置的上下、前后封闭的矩形塑料管，其宽度为a,高 度为从其内充满电阻率为"的水银，由涡轮机产生的

10、压强差使得这个流 体具有恒定的流速小 管道的前后两个侧而上各有长为£的由铜组成的面， 实际流体的运动非常复杂，为简化起见作如下假设：a.尽管流体有粘滞性，但整个横截而上的速度均匀；b.流体的速度总是与作用在其上的合外力成正比；c.导体的电阻：庐其中,、1和s分别为导体的电阻率、长度和横截面积; Sd.流体不可压缩.若由铜组成的前后两个侧而外部短路，一个竖直向上的匀强磁场只加在这两个铜面之间的区域，磁感 强度为6（如图）.（1）写出加磁场后，两个铜面之间区域的电阻厅的表达式。侪斗没有终点任何时候都处个起点(2)加磁场后，假设新的稳定速度为心写出流体所受的磁场力尸与。关系式，指出尸的方向

11、。(3)写出加磁场后流体新的稳定速度v的表达式(用n.、p、L、6、2表示)。(4)为使速度增加到原来的值的涡轮机的功率必须增加，写出功率增加量的表达式(用、a、b、L、8和。表示【参照答案】(1) R-p 。bL(2)月=-ably£:o力FA的方向与流速#的方向反向. Ppp+W(4) AP= - abLvB-. P【名师解析】(1)流体在磁场中沿v方向流动，产生垂直于前后两个侧面的感应电动势，前侧面面积为S=bL,由电阻 定律，两个铜面之间区域的电阻五的表达式为：R=pg。oL(2)流体流过磁场，产生感应电动势：EG, 由铜蛆成的前后两个侧面外削短路，电流：？二号冗，流体所受的

12、磁场力：Fa=BH联立解得：F,= abLvB. P力H的方向与流速/的方向反向.(3)不加磁场时:pab=kv加磁场时：pab-F尸kv,由上而二式，得尸产pab-e dbv.%再利用（2）的结论，可推得加磁场后流体哥的稳定速度¥的表达式:PP“Qpp + LvB1(4)由二Pz-B” P=pab*, P：=p'ab%> 联立解得：P=(p'ab-pab)Vd由 p'ab-F“x = h%, pab=hp, 联立解得：二尸7Vo.由于 F)= 一 abL%B3 P所以P= abLyB1. P【点评】 第（4）小题也可运用能量守恒定律，加磁场后产生感应电

13、动势£三国加，由铜组成的前后 两个侧面外却短路，电流六号R，两个铜面之间区域的电阻R产生热量，由能量守恒定律， P=nR="=-abLqB，oR p3 PbL5. （2014年4月北京市海淀区模拟）根据玻尔理论，电子绕氢原子核运动可以看作是仅在库仑引力作用下 的匀速圆周运动，已知电子的电荷量为e,质量为m,电子在第1轨道运动的半径为八，静电力常量为瓦（1）电子绕氢原子核做圆周运动时，可等效为环形电流，试计算电子绕氢原子核在第1轨道上做圆周运 动的周期及形成的等效电流的大小：（2）氢原子在不同的能量状态，对应着电子在不同的轨道上绕核做匀速圆周运动，电子做圆周运动的轨 道半径满

14、足二一八，其中a为量子数，即轨道序号，外为电子处于第a轨道时的轨道半径。电子在 第a轨道运动时氢原子的能量瓦为电子动能与“电子-原子核”这个系统电势能的总和。理论证明,2系统的电势能瓦和电子绕氢原子核做圆周运动的半径r存在关系：E-k（以无穷远为电势能零 r点）。请根据以上条件完成下面的问题。试证明电子在第A轨道运动时氢原子的能量尺和电子在第1轨道运动时氢原子的能量瓦满足关系式 纥唔；假设氢原子甲核外做圆周运动的电子从第2轨道跃迁到第1轨道的过程中所释放的能量，恰好被量 子数比4的氢原子乙吸收并使其电离，即其核外在第4轨道做圆周运动的电子脱离氢原子核的作用范围。不考虑电离前后原子核的动能改变，

15、试求氢原子乙电离后电子的动能。【参照答案】号1名师解析（20分）（1）设电子绕氢原子核在第1轨道上做圆周运动的周期为7”形成的等效电流大小为八，根据牛顿第二定律有江:=取二:f 7广则有=S- k（2分）（1分）又因为乙=:（2分）有 1"套（1分）271、秋与（2）设电子在第1轨道上运动的速度大小为的，根据牛顿第二定律有k ;=m < 1 分）不 “fftit则有瓦二一左己二一左二 = £命题得证。（1分）2/;2 q ir由可知，电子在第1轨道运动时氢原子的能量 瓦2彳电子在第2轨道运动时氢原子的能量£?=争=孑盘7电子从第2轨道跃迁到第1轨道所释放的能量E=E2-Ex=（2 分）一8彳电子在第4轨道运