高考物理试题预测电磁感应中的匀加速直线运动

1、2008年高考物理试题预测：电磁感应中的匀加速直线运动试题简介：电磁感应中的匀加速直线运动，因为安培力是变力，有的外力也是变力，但合力是恒力，可以用运动学公式计算位移、速度和时间等，有的学生对此很难理解，而电磁感应是高考的重点内容，以前只考过选择题， 本人预测今年高考会出现电磁感应中的匀加速直线运动问题，特整理了以下10个试题供各位同仁选用。1.如图甲所示，在 2Lx0的区域内存在着匀强磁场，磁场的方向垂直于xOy平面（纸面）向里，具有一定电阻的矩形线框abcd位于xOy平面内，线框的ab边与y轴重合，bc边长为L.令线框从t=0的时刻起由静止开始沿 x轴正方向做匀加速运动，则线框中的感应电流

2、 1（取逆时针方向的电流为正）随时间 t的函数图象可能是图乙中的哪一个？（）N. D.如图甲所示，一边长为 l的正方形金属 线框位于光滑水平面上，线框的右边紧贴着竖直X向下的有界匀强磁场区域的边界。从t = 0时刻 x开始，线框在一水平向右的外力 F的作用下从静 止开始做匀加速直线运动，在 t0时刻穿出磁场。 x 图乙为外力F随时间变化的图像，图像中的F。、t0均为已知量，则 t = t0时刻线框的速度 v =, t=4t。时刻线框的发热功率p=2l 9F0lt。， 4t03. （14分）如图甲所示，一边长 L=2.5m、质量川n=0.5kg的正方形金属线框，放在光滑绝缘的 水平面上，整个装置

3、放在方向竖直向上、磁感乙应强度B=0.8T的匀强磁场中，它的一边与磁 场的边界MN合。在水平力 F作用下由静止 开始向左运动，经过 5s线框被拉出磁场。测 得金属线框中的电流随时间变化的图像如乙图所示，在金属线框被拉出的过程中。求通过线框导线截面的电量及线框的电阻；写出水平力F随时间变化的表达式；已知在这5s内力F做功1.92J ,那么在此过程中，线框产生的焦耳热是多少?（14 分） TOC o 1-5 h z 根据q = I t,由It图象得：q =1.25C（ 2分）又根据= _=丝=BL（2分）R Rt Rt得 R = 4 a（1 分）（1分）RI _ _v= = 0.2t （1 分）B

4、L（1分）由电流图像可知，感应电流随时间变化的规律：I=0.1tBLv 由感应电流I =，可得金属框的速度随时间也是线性变化的,R线框做匀加速直线运动，加速度 a = 0.2m/s 2线框在外力F和安培力Fa作用下做匀加速直线运动，F Fa= ma （1分）A TOC o 1-5 h z 得力 F= （ 0.2 t + 0.1 ） N（1 分）t=5s时，线框从磁场中拉出时的速度V5 = at =1m/s（1分）12线框中广生的焦耳热 Q = W -mv5 =1.67 J（3分）2（12分）间距为l的水平平行金属导轨间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应弓虽度为 B）,导轨足够长且电阻不计。完“ l

5、 /d全相同的两根金属杆 ab、cd质量均为m电阻均为R,静止 l /放在导轨上，间距也为l。/t=0时刻起，cd杆的外力作用下开始向右匀加速直线运；/c，口T B0动，加速度大小保持 a, t1时刻，ab杆开始运动。求：1）认为导轨与金属杆之间最大静摩擦力约等于滑动摩擦力，则最大静摩擦力多大？2） t1时刻外力的功率多大？3）若在t=0时刻起，B从R开始随时间变化，可保持金属杆中没有感应电流，求出 B随时间 变化关系。4. （12分）1） ab开始运动时，受到的安培力等于摩擦力EB01atiB；12ati TOC o 1-5 h z f = Fa1Bo11Bo = -01 HYPERLINK

6、 l bookmark68 o Current Document 2R 2R2R、B；12atiB；12a2t；2 第 23题P =(Fa + f +ma)v =(21 + ma)at1 =+ma t1 4 分 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 2RR3)经过任意t时间，都应满足 B012_12、B1(1 -at2)2Bo11 2at25. (14分)如图(a)所示， 两根足够长的光滑平 行金属导轨相距为 L= 0.40m,导轨平面与水 平面成0 = 30角，上 端和下端通过导线分 别连接阻值R = R2 =1.2 Q的电阻，质量为m= 0.2

7、0kg、阻值r = 0.20 Q的金属棒ab放在两导轨上，棒与导轨垂直并保持良好接触，整个装置处在垂直导轨平面向上的磁场中，取重力加速度g=10m/s2。若所加磁场的磁感应强度大小恒为 B,通过小电动机对金属棒施加力，使金属棒沿导轨向上做匀加速直线运动，经过0.50s电动机的输出功率达到10W此后电动机功率保持不变，金属棒运动的vt图像如图16 (b)所示，试求：(1)磁感应强度B的大小；(2)在00.50s时间内金属棒的加速度 a的大小；(3)在00.50s时间内电动机牵引力 F与时间t的关系；(4)如果在00.50s时间内电阻 R产生的热量为 0.135J ,则在这段时间内电动机做的 功。

8、5.(共14分)解： TOC o 1-5 h z P .Vm(BL)2八Rmg sin Qm= 0=且=。.6nVmR+rE 21 P口 R并+r 1100.8(4分)B=-(mg sin )=J(0.2父10父0.5)父T =1TL vVm0.4、55_2a 二型m/s23P . . ati(BL)2(3分)(3分)(4分) mgsin 二- 二 maat1%+ rF mgsim 一 at(BL)= ma %+ r TOC o 1-5 h z 0.21 . HYPERLINK l bookmark13 o Current Document Q总=2Q1 +2Q1M =2 父0.135+2M0

9、.135 J =0.36J 0.63,2、. .1, ,、2WF Q总一mg(-ati )sin8 =-m(at1) HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 2 HYPERLINK l bookmark21 o Current Document Wf =0.36 0.2 10 (1 20 0.52) 0.5 1 0.2 (型 0.5)2 J : 2.3J 2323（14分）如图所示，MN P则间距L=0.5m足够长的平行 导轨，NQL MN导轨平面与水平面间的夹角。=37 , NQ间连接有一个R=5 的电阻。有一匀强磁场垂直于导轨平 面，磁感强度为

10、R=1T。将一根质量为n=0.05kg的金属棒 ab紧靠NCft置在导轨上，且与导轨接触良好，导轨与金属M棒的电阻均不计。现由静止释放金属棒，金属棒沿导轨向m试解答以下问下运动过程中始终与NQF行。已知金属棒与导轨间的动摩 擦因数科=0.5 ,当金属棒滑行至cd处时已经达到稳定速度，（ 题：（g=10m/s： sin37 =0.6 , cos37 =0.8）（1）请定性说明金属棒在达到稳定速度前的加速度和速度各如何变化？（2）当金属棒滑行至 cd处时回路中的电流多大？（3）金属棒达到的稳定速度是多大？（4）若将金属棒滑行至 cd处的时刻记作t=0,从此时刻起，让磁感强度逐渐减小，可使金属棒中不

11、产生感应电流，则磁感强度B应怎样随时间t变化（写出B与t的关系式）？ TOC o 1-5 h z （14分）解：（1）在达到稳定速度前，金属棒的加速度逐渐减小，速度逐渐增大。（2分）（2）达到稳定速度时，有Fa=BIL（1 分） HYPERLINK l bookmark23 o Current Document mgsin 8=FA + NmgcosH（1 分） HYPERLINK l bookmark25 o Current Document mg sin37 - Lcos370.05 10 0.6 -0.5 0.8八I = = = 0.2A（2 分）B0L1 0.5(2分) E=B0Lv、

12、IIR v =02fm/s=2m/s（2分）B0L 1 0.5（4）当回路中的总磁通量不变时，金属棒中不产生感应电流。此时金属棒将沿导轨做匀加速运动。mg sin 二-mgcos i - ma22a=g sin?- Jcos? -10 0.6-0.5 0.8 m/s =2m/s（2分），1 ,2B0Ls = BL Is vt at 2Boss vt Jat2 1 2t t22（2分）8. （13分）一正方形金属 线框位于有界匀强磁 场区域内，线框平面与 磁场垂直，线框的右边 紧贴着磁场边界，如图 甲所示。t=0时刻对线 框施加一水平向右的 外力F,让线框从静止开始做匀加速直线运动穿过磁场。m=

13、1kg、电阻 R=1 Q ,求：（1）匀强磁场的磁感应强度 B;外力F随时间t变化的图线如图乙所示。 已知线框质量（2）线框穿过磁场的过程中，通过线框的电荷量q。8. （13 分）（1）线框从静止开始做匀加速直线运动，加速度a= 1 1m/s2m（1分） TOC o 1-5 h z 线圈框白边长l = 1at2 =0.5m （1分）2离开磁场的瞬间，线圈的速度v=at=1m/s （1分）Blv线框中的感应电流I =Bv （1分）线框所受的安培力F安=BIl （1分）由牛顿第二定律F2-F安=ma又F2=3N （1分）联立求得 B=2.83T （2分）（2）线框穿过磁场的过程中，平均感应电动势E

14、=b：=0.7iv （2分）E平均电流 |=0.71A（1分）R所以，通过线框的电荷量 q =t =0.71C （2分）9. （20分）如图甲所示，光滑且足够长的平行金属导轨MN PQ固定在同一水平面上，两导轨间距L=0.3m。导轨电阻忽略不计，其间连接有固定电阻 R=0.4 。导轨上停放一质量 m=0.1kg、 电阻r=0.2 的金属杆ab,整个装置处于磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中，磁场方向竖直向下。利用一外力 F沿水平方向拉金属杆 ab,使之由静止开始运动，电压传感器可将R两端的电压U即时采集并输入电脑，获得电压U随时间t变化的关系如图乙所示。（1）试证明金属杆做匀加速直线运动，并计

15、算加速度的大小；（2）求第2s末外力F的瞬时功率；（3）如果水平外力从静止开始拉动杆2s所做的功为0.3J ,求回路中定值电阻R上产生的焦耳热是多少。接-电脑XXXP bQX9. （20 分）解：R BlvR（2分）（2分）（2分）（2分）（2分）（1）设路端电压为 U,杆的运动速度为 V,有u = E J = BvR = 0.1vR r R r由图乙可得 U=0.1t所以速度 V=1 t因为速度v正比于时间t,所以杆做匀加速直线运动，且加速度a=1m/s 2（用其他方法证明可参照给分）（2）在 2s 末，v=at=2m/s ,2杆受安培力 F = BIl = （-v = 0.075NR r由

16、牛顿第二定律，对杆有 F -F -ma,得拉力F=0.175N故2s末的瞬时功率P=Fv=0.35W1在2s末，杆的动能 Ek = mv2 =0.2J2由能量守恒定律，回路产生的焦耳热Q=W-E=0.1JcQ R根据 Q=|2Rt,有 QR=-Q R rR故在R上产生的焦耳热Qr =QJ =0.067JR r10.如图所示，在方向竖直向上的磁感应强度为B的匀强磁场中有两条光滑固定的平行金属导轨MNPQ导轨足够长，间距为L,其电阻不计，导轨平面 与磁场垂直，ab、cd为两根垂直于导轨水平放置的 金属棒，其接入回路中的电阻分别为R,质量分别为m与金属导轨平行的水平细线一端固定，另一端与 cd棒的中点连接，细线能承受的最大拉力为T, 一(2分)(2分)（3分）（3分）F的作用下以加速度a向右做匀加速直开始细线处于伸直状态，ab棒在平行导轨的水平拉力 线运动，两根金属棒运动时始终与导轨接触良好且与导轨相垂直.(1)求经多长时间细线被拉断？(2)若在细线被拉断瞬间撤去拉力F,求两根金属棒之间距离增量 Ax的最大值是多少？10.(1) ab棒以加速度a向右运动，经t时间细线被拉断，当细线断时，ab棒运动的速度为v,产生的感应电动势为E= BLv, v =at