高考物理命题名师研究必考知识点专辑十二 8页

‎2012年高考物理命题名师研究必考知识点专辑十二 必考点42.楞次定律 ‎42. 如图所示，磁场方向垂直于纸面，磁感应强度大小在竖直方向均匀分布，水平方向非均匀分布．一铜制圆环用绝缘丝线悬挂于O点，将圆环拉至位置后无初速释放，在圆环从摆向的过程中 A．感应电流方向一直是顺时针 B．感应电流方向一直是逆时针 C．安培力方向始终与速度方向相反 D．安培力方向始终沿水平方向 ‎【答案】A ‎【类型拓展】如图所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、电键K与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场B中。两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m、电量为+q的小球。K断开时传感器上有示数，K闭合稳定后传感器上恰好无示数。则线圈中的磁场B的变化情况和磁通量变化率分别是 A．正在增加， B．正在减弱， C．正在减弱， D．正在增加， ‎【答案】D ‎ 必考点43.电磁感应定律的电路问题 ‎43. 如图所示，两光滑平行导轨水平放置在匀强磁场中，磁场垂直导轨所在平面，金属棒ab可沿导轨自由滑动，导轨一端跨接一个定值电阻R，导轨电阻不计．现将金属棒沿导轨由静止向右拉，若保持拉力F恒定，经时间t1后速度为v，加速度为a1，最终以速度2v做匀速运动；若保持拉力的功率P恒定，棒由静止经时间t2后速度为v，加速度为a2，最终也以速度2v做匀速运动，则： ‎ A．t2＝t1　　　　　　　　　 B．t1>t2‎ C．a2＝‎2a1 D．a2＝‎5a1‎ ‎【答案】 B ‎ ‎【类型拓展】如图所示，两根足够长的平行金属导轨MN、PQ与水平面的夹角为α=30°，导轨光滑且电阻不计，导轨处在垂直导轨平面向上的有界匀强磁场中. 两根电阻都为 R=2Ω、质量都为m=‎0.2kg的完全相同的细金属棒ab和cd垂直导轨并排靠紧的放置在导轨上，与磁场上边界距离为x=‎1.6m，有界匀强磁场宽度为3x=‎4.8m．先将金属棒ab由静止释放，金属棒ab刚进入磁场就恰好做匀速运动，此时立即由静止释放金属棒cd，金属棒cd在出磁场前已做匀速运动.两金属棒在下滑过程中与导轨接触始终良好(取重力加速度g=‎10m/s2).求：‎ Q N c M α α a b P d Ⅲ ‎3x x ‎（1）金属棒ab刚进入磁场时棒中电流I；‎ ‎（2）金属棒cd 在磁场中运动的过程中通过回路某一截面的电量q；‎ ‎（3）两根金属棒全部通过磁场的过程中回路产生的焦耳热Q．‎ 解：（1）， 方法二：， ， ‎（2）方法一：通过金属棒ab进入磁场时以速度v先做匀速运动，设经过时间t1，当金属棒cd也进入磁场，速度也为v，金属棒cd：x= v/2 ·t1，此时金属棒ab在磁场中的运动距离为：X=v t1=2x ‎ 两棒都在磁场中时速度相同，无电流，金属棒cd在磁场中而金属棒ab已在磁场外时，cd棒中才有电流，运动距离为2x (得到cd棒单独在磁场中运动距离为2x，即可得2分)‎ （公式2分、结果1分）‎ ‎（在第一问中用方法二解，此问再求BL的，仍然的5分，没有求出BL，写出得2分，只求BL的得1分）‎ 方法二：两金属棒单独在在磁场中时扫过的距离都为2x，因而通过的电量大小相等。（2分）‎ （公式2分、结果1分）‎ ‎（4）方法一：金属棒ab在磁场中（金属棒cd在磁场外）回路产生的焦耳热为：‎ （或：） ‎ 金属棒ab、金属棒cd都在磁场中运动时，回路不产生焦耳热 金属棒cd在磁场中（金属棒ab在磁场外），金属棒cd的初速度为，末速度为，由动能定理： 方法二：两根金属棒全部通过磁场的过程中回路产生的焦耳热Q等于两棒损失的机械能 必考点44. 电磁感应定律的力学问题 ‎44. 如图甲所示，空间存在一宽度为‎2L 有界匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里。在光滑绝缘水平面内有一边长为L的正方形金属线框，其质量m=‎1kg、电阻R=4Ω，在水平向左的外力F作用下，以初速度v0=‎4m/s匀减速进入磁场，线框平面与磁场垂直，外力F大小随时间t变化的图线如图乙所示。以线框右边刚进入磁场时开始计时，求：‎ ‎（1）匀强磁场的磁感应强度B；‎ ‎（2）线框进入磁场的过程中，通过线框的电荷量q；‎ ‎× × × ×‎ ‎× × × ×‎ ‎× × × ×‎ F 甲 ‎2L L B v ‎0‎ F/N t/s ‎0‎ ‎1.0‎ 乙 ‎0.5‎ ‎1.5‎ ‎0.5‎ ‎1.5‎ ‎2.0‎ ‎1.0‎ ‎2.0‎ ‎（3）判断线框能否从右侧离开磁场？说明理由。‎ ‎（2）线框进入磁场的过程中，平均感应电动势 平均电流 通过线框的电荷量 联立得 q=‎0.75C 。 ‎ ‎（3）设匀减速运动速度减为零的过程中线框通过的位移为x,‎ 由运动学公式得 代入数值得 x=‎4m<‎‎2L 所以线框不能从右侧离开磁场。 ‎ ‎【类型拓展】1如图所示，固定在水平桌面上平行光滑金属导轨cd、eg之间的距离为L，d、e两点接一个阻值为R的定值电阻，整个装置处于方向竖直向下的匀强磁场中（磁场范围足够大）。有一垂直放在导轨上的金属杆ab，其质量为m、电阻值为r0在平行导轨的水平拉力F的作用下做初速度为零的匀加速直线运动，F随时间t变化规律为F=F0+kt，其中F0和k为已知的常量，经过t0时间撤去拉力F．轨道的电阻不计。求 ‎ （1）t0时金属杆速度的大小v0；‎ ‎ （2）磁感应强度的大小B；‎ ‎ （3）t0之后金属杆ab运动速度大小v随位移大小x变化满足：，试求撤去拉力F到金属杆静止时通过电阻R的电荷量q。‎ 解：（1）金属杆的加速度大小为，时刻速度大小为，电流为，则 ①②‎ ③由①②③得 ④‎ 由于是恒量，所以必须⑤即⑥‎ ⑦‎ ‎（2）由⑤得 ⑧把⑥代入得⑨‎ ‎（3）金属杆从撤去拉力F到静止时通过的距离满足 得⑩‎ 通过电阻的电荷量其中 由⑩式得将⑦⑨代入得 ‎【类型拓展】如图甲所示，光滑的平行水平金属导轨MN、PQ相距L，在M、P之间接一个阻值为R的电阻，在两导轨间cdfe矩形区域内有垂直导轨平面竖直向上、宽为d的匀强磁场，磁感应强度为B.一质量为m、电阻为r、长度也刚好为L的导体棒ab垂直搁在导轨上，与磁场左边界相距d0.现用一个水平向右的力F拉棒ab，使它由静止开始运动，棒ab离开磁场前已做匀速直线运动，棒ab与导轨始终保持良好接触，导轨电阻不计，F随ab与初始位置的距离x变化的情况如图乙所示，F0已知．下列判断正确的是()‎ A．棒ab在ac之间的运动是变加速直线运动 B．棒ab在ce之间可能先做加速度减小的运动，再做匀速运动 C．棒ab在ce之间不可能一直做匀速运动 D．棒ab经过磁场的过程中，通过电阻R的电量为 答案： B 必考点45. 电磁感应定律的能量问题 ‎45. 如图甲所示，一对足够长的平行光滑轨道放置在水平面上，两轨道相距L=‎‎1m ‎，左端之间用R=3Ω的电阻连接，轨道的电阻忽略不计。一质量m=‎0.5kg、电阻r=1Ω的导体杆静置于两轨道上，并与两轨道垂直。整个装置处于磁感应强度B=2T的匀强磁场中，磁场方向垂直轨道平面向上。现用水平拉力沿轨道方向拉导体杆，拉力F与导体杆运动的位移x间的关系如图乙所示。当拉力达到最大时，导体杆恰好开始做匀速运动。当位移x=‎2.5m时撤去拉力，导体杆又滑行了一段距离△x后停下，已知在滑行△x的过程中电阻R上产生的焦耳热为12J。求：‎ ‎ （1）拉力F作用过程中，通过电阻R上的电量q；‎ ‎ （2）导体杆运动过程中的最大速度vm；‎ ‎ （3）拉力F作用过程中，回路中产生的焦耳热Q。‎ ‎【类型拓展】如图所示，M1N1N‎2M2‎是位于光滑水平桌面上的刚性U型金属导轨，导轨中接有阻值为R的电阻，它们的质量为m0．导轨的两条轨道间的距离为l，PQ是质量为m的金属杆，可在轨道上滑动，滑动时保持与轨道垂直，杆与轨道的接触是粗糙的，杆与导轨的电阻均不计．初始时，杆PQ于图中的虚线处，虚线的右侧为一匀强磁场区域，磁场方向垂直于桌面，磁感应强度的大小为B．现有一位于导轨平面内的与轨道平行的恒力F作用于PQ上，使之从静止开始在轨道上向右作加速运动．已知经过时间t , PQ离开虚线的距离为x，此时通过电阻的电流为I0，导轨向右移动的距离为x0（导轨的N1N2部分尚未进人磁场区域）．求：‎ ‎⑴PQ杆与导轨之间的摩擦力的大小；‎ ‎⑵此时PQ杆的速度vt； ‎ ‎⑶在此过程中电阻所消耗的能量（不考虑回路的自感）．‎ 解析：⑴U型导轨在摩擦力作用下做匀加速运动，若其加速度为a，则有 Fμ = m‎0a 而 a = 2x0/t2 故Fμ = 2x‎0m0/t2‎ ‎⑵杆和导轨构成的回路中的感应电动势ε = Blv，根据题意，此时回路中的感应电流 I0 = ε/R ‎ 故 v = I0R/Bl ‎⑶杆PQ在磁场中运动时，受到的作用力有：外加恒力F，方向向右；磁场的安培力，其大小FB = BIl，方向向左，式中I 是通过杆的感应电流，其大小与杆的速度有关；摩擦力，大小为Fμ，方向向左．根据动能定理，在所考察过程中作用于杆的合力做的功等于杆所增加的动能，即有 WF + WFμ + W安 = mv2/2 ‎ 式中v为经过时间t杆速度的大小，WF为恒力F对杆做的功，W安为安培力对杆做的功，WFμ为摩擦力对杆做的功．‎ 恒力F对杆做的功 WF = Fx 因安培力的大小是变化的，安培力对杆做的功用初等数学无法计算，但杆克服安培力做的功等于电阻所消耗的能量，若以ER表示电阻所消耗的能量，则有 –W安 = ER 摩擦力Fμ是恒力，它对杆做的功WFμ = –Fμx = – ‎2m0xx0/t2‎ 由 ⑵有v = I0R/Bl ‎ 则 必考点46. 电磁感应定律的图像问题 ‎46. 矩形导线框abcd放在磁场中，在外力控制下处于静止状态，如图甲所示，磁感线方向与导线框所在平面垂直，磁感应强度B随时间变化的图象如图乙 所示，0-2s内，磁感应强度的方向垂直导线框平面向里，‎ 规定导线框中电流顺时针方向为正，安培力向左为正，‎ 则导线框中电流i和ab边所受安培力F随时间t变化 的图象是（ ）‎ ‎【答案】C ‎【类型拓展】电吉他是利用电磁感应原理工作的一种乐器．如图甲为电吉他的拾音器的原理图，在金属弦的下方放置有一个连接到放大器的螺线管．一条形磁铁固定在管内，当拨动金属弦后，螺线管内就会产生感应电流，经一系列转化后可将电信号转为声音信号。若由于金属弦的振动，螺线管内的磁通量随时间的变化如图乙所示，则对应感应电流的变化为（ ）‎ ‎【答案】B 必考点47. 电磁感应定律的综合问题 M N O v B ‎47. 如图，顶角为90°的光滑金属导轨MON固定在水平面上，导轨MO、NO的长度相等，M、N两点间的距离l＝‎2m，整个装置处于磁感应强度大小B＝0.5T、方向竖直向下的匀强磁场中。一根粗细均匀、单位长度电阻值r＝0.5Ω/m的导体棒在垂直于棒的水平拉力作用下，从MN处以速度v＝‎2m/s沿导轨向右匀速滑动，导体棒在运动过程中始终与导轨接触良好，不计导轨电阻，求：‎ ‎⑴导体棒刚开始运动时所受水平拉力F的大小；‎ ‎⑵开始运动后0.2s内通过导体棒的电荷量q；‎ ‎⑶导体棒通过整个金属导轨的过程中产生的焦耳热Q。‎ 解：⑴导体棒开始运动时,回路中产生的感应电动势E＝Bl v ‎ 感应电流 安培力F安＝BIl ‎ 由平衡条件得：F＝F安 联立上式得：N ‎ ‎⑵由⑴问知，感应电流与导体棒切割的有效长度l无关 感应电流大小A ‎ ‎ 故0.2s内通过导体棒的电荷量q＝It＝‎‎0.4C ‎⑶解法(一)设导体棒经t时间沿导轨匀速向右运动的位移为x, ‎ 则t时刻导体棒切割的有效长度lx= l-2x ‎ 由⑴问知，导体棒在导轨上运动时所受的安培力 因安培力的大小与位移x成线性关系，故通过导轨过程中导体棒所受安培力的平均值 产生的焦耳热Q F安/N x/m ‎2‎ O ‎1‎ 解法(二)设导体棒经t时间沿导轨匀速向右运动的位移为x, 则t时刻导体棒切割的有效长度lx= l-2x ‎ 由⑴问知，导体棒在导轨上运动时所受的安培力 作出安培力大小随位移x变化的图象 ‎ 图象与坐标轴围成面积表示导体棒克服安培力作功，也为产生的焦耳热（2分）所以，产生的焦耳热Q=1 J ‎ ‎【类型拓展】如图所示，ACD、EFG为两根相距L的足够长的金属直角导轨，它们被竖直固定在绝缘水平面上，CDGF面与水平面成θ角。两导轨所在空间存在垂直于CDGF平面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B。两根质量均为m、长度均为L的金属细杆ab、cd与导轨垂直接触形成闭合回路，杆与导轨之间的动摩擦因数均为μ，两金属细杆的电阻均为R，导轨电阻不计。当ab以速度v1沿导轨向下匀速运动时，cd杆也正好以速度v2向下匀速运动。重力加速度为g。以下说法正确的是 ‎ E θ B L L a b c d D C A G F A．回路中的电流强度为 B．ab杆所受摩擦力为mgsinθ C．cd杆所受摩擦力为 D．μ与v1大小的关系为 ‎【答案】 C