2019-3-15高中物理磁现象和磁场计算题

1、2019-3-15高中 物理 磁现象和磁场 计算题(考试总分：100分 考试时间：120 分钟)-、计算题 (本题共计10小题，每题10 分，共计100分)1、如图所示，两条人”形足够长的光滑金属导轨 PME和QNF平行放置，两导轨间距L=1m,导轨两侧均与水平面夹角 a =37导体棒甲、乙分别放于 MN两边导轨上，且与导轨垂直并接触良好。两导体 棒的质量均为m=0.1 kg,电阻也均为R=1 "导轨电阻不计，MN两边分别存在垂直导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度大小均为B=12To设导体棒甲、乙只在 MN两边各自的导轨上运动 ，sin37 =0.6,cos37 =0.8,g取10

2、m/s。(1)金属棒从静止释放时的加速度大小；(2)金属棒沿导轨下滑过程中速度最大值；(3)金属棒沿导轨匀速下滑时 ab两端的电压。3、垂直磁场方向放入匀强磁场的通电导线长L=25cm通电电流强度I=10A若它所受安培力F=1N ,求该磁场的磁感应强度 B是多少？4、如图所示，在倾角0 =3和绝缘斜面上，固定一宽 L=0.25m的平行金属导轨，在导轨上端接入电源和滑动变阻器，电源电动势 E=15V,内阻r=1 Q, 一质量m=20g的金属棒ab与两导轨垂直并接触良好，导轨与金属棒 的电阻不计.整个装置处于磁感应强度 B=1T,方向水平向右与金属棒 ab垂直的匀强磁场中.调节滑动变阻 器R=24

3、Q时，金属棒恰能在导轨上静止，已知：g=10m/s2, sin37 =0.6, cos37 =0.8第4页共4页第4页共4页(1)将乙导体棒固定，甲导体棒由静止释放，问甲导体棒的最大速度为多少？(2)若甲、乙两导体棒同时由静止释放，问两导体棒的最大速度为多少？(3)若仅把乙导体棒的质量改为m'=0.05kg,电阻不变，在乙导体棒由静止释放的同时，让甲导体棒以初速度 V0=0.8 m/s沿导轨向下运动，问在时间t=1s内电路中产生的电能为多少？2、如图所示，MN、PQ是两根足够长的光滑平行的金属导轨，导轨间距离l=0.2m,导轨平面与水平面的夹角。=30；导轨上端连接一个阻值R =0.4

4、 Q的电阻。整个导轨平面处于垂直于导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度B=0.5T。现有一根质量 m=0.01kg、电阻 r=0.1 Q的金属棒ab垂直于导轨放置，且接触良好，金属棒从静止开始沿导轨下滑，且始终与导轨垂直。g=10m/s2,导轨电阻不计，求：ob(1)请计算通过金属棒的电流；(2)请计算金属棒ab所受摩擦力大小；(3)如果斜面光滑，改变所加的匀强磁场，求所加匀强磁场的磁感应强度Bi最小值和方向.5、质量为1kg的金属杆静止于相距1m的两水平轨道上，金属杆中通有方向如图所示大小为20A的恒定电流,两轨道处于竖直方向的匀强磁场中,金属杆与轨道间的动摩擦因数为 0&S取10m/

5、)(1)欲使杆向右匀速运动，求磁场的磁感应强度大小和方向(2)欲使杆向右以加速度为作匀加速运动，求磁场的磁感应强度大小.6、如图所示，两根足够长固定平行金属导轨位于倾角0 =30的斜面上，导轨上、下端各接有阻值R=10的电阻，导轨电阻忽略不计，导轨宽度L=2m,在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度B=0.5 T,质量m=0.1kg、连入电路的电阻r=5 曲金属棒ab较高处由静止释放，当金属棒ab下滑高度h=3m时，速度恰好达到最大值 v=2 m/s.金属棒ab在下滑过程中始终与导轨垂直且与导轨良好接触.g取10m/s2.求：(1)金属棒ab由静止至下滑高度为3 m的运动

6、过程中机械能的减少量 .(2)金属棒ab由静止至下滑高度为3 m的运动过程中导轨下端电阻 R中产生的热量.7、如图所示，金属棒a从高为h处由静止沿光滑的弧形导轨下滑进入光滑导轨的水平部分，导轨的水平部分处于竖直向下的匀强磁场中。在水平部分原先静止有另一根金属棒b,已知ma=2m,mb=m ,整个水平导轨足够长，并处于广阔的匀强磁场中，假设金属棒a始终没跟金属棒b相碰，重力加速度为go求：(1)金属棒a刚进入水平导轨时的速度；(2)两棒的最终速度；(3)在上述整个过程中两根金属棒和导轨所组成的回路中消耗的电能。8、如图所示，平行导轨倾斜放置 倾角。=3°,匀强磁场的方向垂直于导轨平面向

7、上，磁感应强度B=T,质量为m=1kg的金属棒ab垂直放在导轨上，ab与导轨平面间的动摩擦因数 科=0.25 ab的电阻r=1 平行导轨间的距离L=1 m, Ri =R2=4 导轨电阻不计，ab由静止开始下滑运动x=3.5m后达到匀速。sin37 =0.6,cos37 =0.8.求：(1)ab在导轨上匀速下，t的速度多大 ？(2)ab由静止到匀速过程中电路产生的焦耳热为多少？9、如图所示，两条平行的金属导轨相距金属导轨的倾斜部分与水平方向的夹角为37°,整个装置处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒MN和PQ的质量均为 巾=门卫 炮,电阻分别为= 】G和= 2 G,MN置于水平导轨上，与水

8、平导轨间的动摩擦因数口 = 0占，PQ置于光滑的倾斜导轨上，两根金属棒均与导轨垂直且接触良好，从t = 0时刻起，MN棒在水平外力产i的作用下由静止开始以1 m/J的加速度向右做 匀加速直线运动，PQ则在平行于斜面方向的力 心作用下保持静止状态，1 = ? &时，PQ棒消耗的电功率为(1)磁感应强度B的大小；(2) t = 03 s时间内通过MN棒的电荷量；(3)求工=6 s时电的大小和方向；(4)若改变力的作用规律，使M和棒的运动速度廿与位移工满足关系：v= OAx , PQ棒仍然静止在倾斜轨道上 ,求MN棒从静止开始到x-5 m的过程中，系统产生的热量。10、如图所示，“U形金属导

9、轨放置在水平桌面上，质量 M = lkg,导轨间距d=2m,导轨间存在竖直方向的 匀强磁场，磁感应强度 B=1T,导轨上垂直于导轨平放质量为m= 0.5kg的导体棒，跨过光滑滑轮的轻绳一端悬挂质量也为m的物块，另一端连接导体棒，水平面上的轻绳始终与导体棒垂直，与导轨平行，重力加速度 取g=l0m/s2,导体棒电阻R=2Q,其余电阻不计，导轨与导体棒接触良好且摩擦不计，导轨与水平桌面间的 动摩擦因数为 尸0.1,运动过程中导体棒始终与导轨垂直且未滑出导轨，也未与滑轮相撞，物块未落地，假 设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则：(1)若将导轨固定，由静止释放导体棒，求导体棒运动的最大速度。(2)若将导轨

10、和导体棒同时由静止释放，导体棒运动一段时间后，导轨也开始运动，此后某一时刻导体棒的加速度为01 = 2.5m/s2,求此时导轨的加速度 地。(3)若将导轨和导体棒同时由静止释放，导体棒运动一段时间后，导轨也开始运动，并以导轨刚要开始运动时为计时起点，则经过时间 t=0.5s,物块下降h = 0.725m,此时导轨的速度v= 0.5m/s,导体棒的速度V2 =2m/s,求这段时间内回路中产生的焦耳热Q (结果保留三位有效数字)。* W,不计导轨的电阻，水平导轨足够长，MN始终在水平导轨上运动，求:-、计算题 (本题共计10小题，每题10 分，共计100分)1、【答案】(1) Vm =1.2m/s

11、 Vm2=0.6m/s (3) E=0.32J【解析】(1)将乙棒固定，甲棒静止释放，则电路中产生感应电动势E1=BLv感应电流I1二旦，甲棒受安培力 F1 =BIL 2R甲棒先做加速度减小的变加速运动，达最大速度后做匀速运动，此时mgsinot = F1联立并代入数据解得甲棒最大速度vm. =1.2m/s(2)甲、乙两棒同时静止释放，则电路中产生感应电动势 E2=2BLv感应电流I2=豆，甲、乙两棒均受安培力 F2 = BI2L2R最终均做匀速运动，此时甲(或乙)棒受力mgsina = F2联立并代入数据解得两棒最大速度均为vm2 = 0.6m / s(3)乙棒静止释放，甲棒以初速度V。下滑

12、瞬间，则电路中产生感应电动势E3 = BLv° E3感应电流I3 =、甲、乙两棒均受安培力f3 = bi3l2R对于甲棒，根据牛屯第二定律得：mgsin37 °一 F3 = ma对于乙棒，根据牛屯第二定律得：F3m'gsin37" = m'a'代入数据联立解得：a = a . = 2m / s2甲棒沿导轨向下，乙棒沿导轨向上，均做匀加速运动121. 2在时间t=1s内，甲棒位移 御=v0t +at ,乙棒位移s乙=at22甲棒速度v甲=v0 +at ,乙棒速度v乙=a't据能量的转化和守恒，电路中产生电能12 12 12E =mg年

13、sin37 -mgs乙sin37mv0 一一mv甲 一mv乙222联立并代入数据解得E=0.32J。2、【答案】(1)(2) 2.5m/s 0.2V【解析】(1)金属棒在释放的瞬间有 a - gsinO = 5m/(2)棒在下滑过程中，金属棒受到的安培力大小等于重力沿轨道方向的分力时，金属棒速度最大mgsinO = BIL ,二日工廿)EI =£ + rmg(R + r')sin0% ;一= 2.5m/s(3)设金属棒沿导轨匀速下滑时El%3 = o.如。3、【答案】0.4T【解析】根据F=BIL可得4、【答案】(1) 0.6A;ab两端的电势差为Uab,则，-FB =IL1

14、 T = 0.4T。 10 0.25(2) 0.21N; (3) 0.8T,方向垂直斜面向上【解析】(1)根据闭合电路的欧姆定律可知回路中电流为15=A =068R + r 24 + 1(2)根据左手定则可知，受到的安培力方向竖直向下，导体棒静止，共点力平衡，根据受力分析可知摩擦力沿斜面向上，故mgsin37°+F安sin37 =f5安=81=1 X0.6 0.25N=0.15N联立解得f=0.21N(3)根据受力分析可知，受到的安培力沿斜面向上时，此时安培力最小，即磁场最小，方向垂直于斜面向上，故 mgsin37 =B1 IL ,/0.2 x 0.6 m解得H =T = 0.BT。

15、1 IL 0,6 x 0.255、【答案】(1) 0.3T,方向竖直向上； 0.4T【解析】(1)杆向右匀速运动，说明杆受到的安培力是向右的，根据左手定则可以知道，磁场的方向竖直向杆向右匀速运动，安培力大小和杆受到的摩擦力大小相等，则0.6 x 1 x 10 T = OJT20 x 1BIL =(2)欲使杆向右以加速度作匀加速运动，由牛顿第二定律可知则，林mg + ma 0.6 x 1 x 10 + 1 x 2二-T = 0.4ToIL20 X 16、【答案】(1) 2.8 J (2) 0.25 J (3)121【解析】(1)杆ab机械能的减少量为：E二mgh mv 0.1 10 30.1 4

16、= 2.8J22(2)速度最大时ab杆产生的电动势为：E= BLv= 0.5父2M 2V = 2V第6页共6页第6页共6页I = =A = 0 2A产生的电流我：I +R5 +5 A 02Ar 2此时的安培力为： F =BIL =0.5 0.2 2N =0.2N由题意可知，导体棒受的摩擦力大小为：f =mgsin30 -F =0.50.2N =0.3N由能量守恒得，损失的机械能等于物体克服摩擦力做功和产生的电热之和电热为hQ =AE -f =2.8J -0.3X6J =1J ,sin30Q 1下端电阻R中广生的热量我：Qr =Q = J =0.25J。447、【答案】解：(1)设金属棒a刚进入

17、水平导轨时的速 度为V。，由机械能守恒定律得:(2m)v2 =(2m)gh 2V0 = 2gh (2)设两金属棒的最终速度为 v,由动量守恒定律得：maV0 =(m>a+m1b)v (3)能量守恒定律得：1 212Q= (2m)v0 -(3m)v2 23 _Q =-mgh4【解析】略8、【答案】(1) 4m/s ( 2) 6J【解析】(1)ab由静止开始下滑，速度不断增大，对ab受力分析如图所示由牛顿第二定律 mgsin &科mgcos-BIL=ma可知，ab做加速度减小的加速运动，当加速度减小到零时，速度增加到最大，此后以最大速度做匀速运动故ab在导轨上匀速下滑时 mgsin

18、0-mgcos-BIL=0 等效电路如图所示R R外电路电阻:=4Q% + R2电路中总电阻R总=r+R=5 Q由闭合电路的欧姆定律和法拉第电磁感应定律可知：E电路中的电流1 =M 我总此时的感应电动势E=BLv 由解得：ab导轨上匀速下滑的速度 v=4m/s (2)由于ab下滑过程速度不断变化，感应电动势和电流不恒定，故不能用焦耳定律求焦耳热根据能量守恒定律，ab减少的重力势能等于ab曾加的动能、克服摩擦力做功产生的内能与电路中总的焦耳热之和，即AEp二AE*十占内+ Q展开得, ;： .： 解得电路中总的焦耳热：Q=6J。209、【答案】(1) B = 2T; (2) q = 3C; (3) F2=-5.2N (负号说明力的方向沿斜面向下)(4) Q=j【解析】(1)当t=3s时，设MN的速度为V1,则V1=at=3m/s感应电动势为：E1=BL V1根据欧姆定律有：E1=I(R mn + Rpq)根据P=/Rpq代入数据解得：B=2T(2)当t = 6 s时，设MN的速度为