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- 2021-05-27 发布
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一、 选择题
1.(2018洛阳一模)为了测量某化工厂的污水排放量,技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计,该装置由绝缘材料制成,长、宽、高分别为a、b、c,左、右两端开口,在垂直于前、后面的方向加磁感应强度为B的匀强磁场,在上、下两个面的内侧固定有金属板M、N作为电极,污水充满管口从左向右流经该装置时,电压表将显示两个电极间的电压U,若用Q表示污水流量(单位时间内流出的污水体积),下列说法中正确的是( )
A.M板电势一定高于N板的电势
B.污水中离子浓度越高,电压表的示数越大
C.污水流动的速度越大,电压表的示数越大
D.电压表的示数U与污水流量Q成正比
【参考答案】ACD
【命题意图】本题考查电磁流量计、复合场、洛伦兹力、电场力及其相关的知识点。
【解法探讨】对于含有正负粒子的离子束垂直磁场方向运动,可利用左手定则判断出正负粒子所受的洛伦兹力方向。正负粒子偏转到磁场两侧的极板上形成电压U,若粒子直线通过匀强磁场区域,则有qvB=qU/d,解得由于正负离子偏转到极板上形成的电压U=Bdv。
2.(2018贵阳期末)如图甲所示.在同一平面内有两个绝缘金属细圆环A、 B,两环重叠部分的面积为圆环A面积的一半,圆环B中电流i随时间t的变化关系如图乙所示,以甲图圆环B中所示的电流方向为负,则A环中
A.没有感应电流
B.有逆时针方向的感应电流
C.有顺时针方向的感应电流
D.感应电流先沿顺时针方向,后沿逆时针方向
【参考答案】B
【命题意图】本题考查电磁感应、楞次定律及其相关的知识点。
3.(2018洛阳一模)如图甲所示,水平放置的平行金属导轨连接一个平行板电容器C和电阻R,导体棒MN放在导轨上且接触良好,整个装置放于垂直导轨平面的磁场中,磁感应强度B的变化情况如图乙所示(图示磁感应强度方向为正),MN始终保持静止,则0~t2时间( )
A.电容器C的电荷量大小始终没变
B.电容器C的a板先带正电后带负电
C.MN所受安培力的大小始终没变
D.MN所受安培力的方向先向右后向左
【参考答案】AD
【命题意图】本题考查电磁感应、磁感应强度随时间变化的图线、含电容器电路及其相关的知识点。
【解题思路】由图乙可知,回路内磁感应强度变化率不变,根据法拉第电磁感应定律,E=S,为恒定值,电容器C两端的电压值不变,根据C=Q/U可知,电容器C的电荷量大小始终没变,选项A正确B错误;根据闭合电路欧姆定律,MN中电流恒定不变,由于磁感应强度B变化,MN所受安培力的大小变化,选项C错误;利用楞次定律可判断出MN中感应电流的方向为从M到N,根据左手定则,MN所受安培力的方向为先向右后向左,选项D正确。
二.计算题
1.(12分) (2018洛阳一模)如图所示,光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在竖直平面内,两导轨间的距离为L=1 m,导轨间连接的定值电阻R=3 Ω,导轨上放一质量为m=0.1 kg的金属杆ab,金属杆始终与导轨接触良好,杆的电阻r=1 Ω,其余电阻不计,整个装置处于磁感应强度为B=1 T的匀强磁场中,磁场的方向垂直导轨平面向里.重力加速度g取10 m/s2。现让金属杆从AB水平位置由静止释放,忽略空气阻力的影响,求:
(1)金属杆的最大速度;
(2)若从金属杆开始下落到刚好达到最大速度的过程中,电阻R上产生的焦耳热Q=0.6 J,此时金属棒下落的高度为多少?
(3)达到最大速度后,为使ab棒中不产生感应电流,从该时刻开始,磁感应强度B应怎样随时间t变化?推导这种情况下B与t的关系式.
【命题意图】本题考查电磁感应、法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、能量守恒定律、平衡条件、安培力及其相关的知识点。
②③④联立解得: ⑤………… … (2分)
①⑤联立解得:=4 m/s ………………………… (1分)
(2)电路中产生的总焦耳热: …… (1分)
由能量守恒得
………………………… (2分)
联立解得:h=1.6 m ………………………… (1分)
2.(2018贵阳期末) 如图所示,两光滑平行金属导轨置于水平面(纸面)内,轨道间距为l,左端连有阻值为R的电阻,一金属杆置于导轨上静止,金属杆右侧存在磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场区域,现给金属杆施加一水平向右的恒力,使其进入磁场区域做初速度为零的变加速直线运动,到达图中虚线位置(仍在磁场中)时速度达到最大,最大值为,金属杆与导轨始终保持垂直且接触良好,除左端所连电阻外,其他电阻忽略不计.求:
(1)给金属杆施加的水平向右恒力的大小;
(2)金属杆达到最大速度时,电阻R的热功率。
【命题意图】本题考查法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、安培力、平衡条件、热功率及其相关的知识点。
【解题思路】解:(1)当安培力等于水平恒力 F 时速度为最大,设此时的电流为 I,则
F=F安 1 分
F安=BIl 1 分
1 分
1 分
联立解得:F= 1 分
(2) 设金属杆达到最大速度时,电阻 R 的热功率为 P,则
P=I2R 2 分
联立解得:P=
3.(2018上海黄浦期末)如图,两根足够长且平行的金属杆制成光滑金属导轨,导轨平面与水平面成α角,导轨宽为L,电阻忽略不计。空间有一足够大、与导轨所在平面垂直的匀强磁场。开始时导轨顶端接一不计内阻的稳压电源,电动势为E,如图(a)所示。导体棒P垂直于导轨放置并始终与导轨接触良好,P的质量为m、电阻为R。
(1)释放P,它恰能静止在导轨上,求匀强磁场的磁感应强度的大小与方向;
(2)若去掉稳压电源,用一根不计电阻的导线连接两根导轨的顶端,如图(b)。再次由静止释放导体棒P
。请通过分析,从速度、加速度的角度描述导体棒的运动;
(3)设导轨顶端接稳压电源时,通过静止导体棒的电流为I1;顶端接导线时,导体棒运动时其中的电流会无限逼近I2。请讨论I1、I2的大小分别由哪些因素决定。
【名师解析】
(1)(4分)根据闭合电路欧姆定律有: I= (1分)
P静止在光滑的导轨上,受到重力、斜面弹力和安培力作用,其中安培力与重力沿斜面方向的分力为一对平衡力。有: mgsinα=F安=BIL (1分)
由以上二式可得: B= (1分)
根据左手定则,可以判定匀强磁场的磁感应强度的方向为垂直于斜面向下。(1分)
所以,导体棒做加速度减小的加速度运动;加速度的大小从gsinα
开始减小,最后趋近于零;速度的大小从0开始逐渐增大,最后趋近于
(3)(5分)I1是由稳恒电源在闭合回路中产生的电流,I1=,所以它的大小由稳恒电源的电动势E和电路中的总电阻R决定。(2分)
导体棒切割磁感线产生感应电动势在闭合回路中产生的电流,I==
当速度v趋近于时,导体棒中的电流趋近于I2=,所以I2的大小由导体棒的质量m、斜面倾角α、磁感应强度B和轨道宽度L共同决定。(3分)
4.(10分)
(2018北京朝阳期末)电磁缓速器是应用于车辆上以提高运行安全性的辅助制动装置,其工作原理是利用电磁阻尼作用减缓车辆的速度。电磁阻尼作用可以借助如下模型讨论:如图所示,将形状相同的两根平行且足够长的铝条固定在光滑斜面上,斜面与水平方向夹角为θ。一条形磁铁滑入两铝条间,恰好以速度v0匀速下滑,穿过时磁铁两端面与两铝条的间距始终保持恒定,其引起电磁感应的效果与磁铁不动、铝条相对磁铁运动相同。磁铁端面是底边为2d,高为d的长方形,由于磁铁距离铝条很近,磁铁端面正对两铝条区域的磁场均可视为匀强磁场,磁感应强度为B,铝条的高度大于d,宽度为b,电阻率为ρ。为研究问题方便,铝条中只考虑与磁铁正对部分的电阻和磁场,其他部分电阻和磁场可忽略不计,假设磁铁进入铝条间以后,减少的机械能完全转化为铝条的内能,重力加速度为g。
(1)求一侧铝条中与磁铁正对部分的感应电动势E;
(2)求条形磁铁的质量m;
(3)在其他条件不变的情况下,仅将两铝条更换为宽度()为的铝条,磁铁仍以速度v0进入铝条间,请在图2中定性画出磁铁速度v随时间t变化关系的图线(规定沿斜面向下为正方向)。
图2
根据牛顿第三定律有,一侧铝条对磁铁的作用力,此力阻碍磁铁的运动,方向沿斜面向上。取磁铁为研究对象,根据牛顿第二定律
所以…………………(5分)
(3)磁铁速度v随时间t变化关系的图线如图所示……………………………(3分)