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导体棒在磁场中的运动分析.doc

发布:2017-04-06约2.23千字共4页下载文档
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高考试题中的导体棒在磁场中的运动综合分析 高考试题中导体棒在磁场中的运动既是重点又是难点,历年高考中都有体现,现简单举例说明导体棒在磁场中运动问题与力学、能量、图像、函数的结合的试题的解答、希望引起重视。 一、直接考查导体棒切割磁感线和恒定电流综合的问题 1、 (05,辽宁,34)如图1所示,两根相距为l的平行直导轨ab、cd、b、d间连有一固定电阻R,导轨电阻可忽略不计。MN为放在ab和cd上的一导体杆,与ab垂直,其电阻也为R。整个装置处于匀强磁场中,磁感应强度的大小为B,磁场方向垂直于导轨所在平面(指向图中纸面内)。现对MN施力使它沿导轨方向以速度v(如图)做匀速运动。令U表示MN两端电压的大小,则( ) A.流过固定电阻R的感应电流由b到d B.流过固定电阻R的感应电流由d到b C.流过固定电阻R的感应电流由b到d D.流过固定电阻R的感应电流由d到b 该题考查了E=BLV和闭合电路的欧姆定律,重点是分清楚内外电路以及谁是电源,该题即可以顺利解答。 2、(04,全国,19)一直升飞机停在南半球的地磁极上空。该处地磁场的方向竖直向上,磁感应强度为B。直升飞机螺旋桨叶片的长度为l,螺旋桨转动的频率为f,顺着地磁场的方向看螺旋桨,螺旋桨按顺时针方向转动。螺旋桨叶片的近轴端为a,远轴端为b,如图所示。如果忽略a到转轴中心线的距离,用ε表示每个叶片中的感应电动势,则 A.ε=πfl2B,且a点电势低于b点电势 B.ε=2πfl2B,且a点电势低于b点电势 C.ε=πfl2B,且a点电势高于b点电势 D.ε=2πfl2B,且a点电势高于b点电势 该题考查了右手定则的应用,实质是导体棒切割磁感线方向的判断。 3、(08,山东,22)两根足够长的光滑导轨竖直放置,间距为L ,底端接阻值为R 的电阻。将质量为m的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端,金属棒和导轨接触良好,导轨所在平面与磁感应强度为B 的匀强磁场垂直,如图所示。除电阻R 外其余电阻不计。现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放.则 A.释放瞬间金属棒的加速度等于重力加速度g B.金属棒向下运动时,流过电阻R 的电流方向为a→b C.金属棒的速度为v时.所受的安培力大小为 D.电阻R 上产生的总热量等于金属棒重力势能的减少 该题考查了右手定则,能量守恒定律,牛顿第二定律得瞬时性。 二、导体棒切割磁感线与函数、能量、恒定电流和图像的综合问题 4、(07,上海,23)如图a.所示,光滑的平行长直金属导轨置于水平面内,间距为L、导轨左端接有阻值为R的电阻,质量为m的导体棒垂直跨接在导轨上。导轨和导体棒的电阻均不计,且接触良好。在导轨平面上有一矩形区域内存在着竖直向下的匀强磁场,磁感应强度大小为B。开始时,导体棒静止于磁场区域的右端,当磁场以速度v1匀速向右移动时,导体棒随之开始运动,同时受到水平向左、大小为f的恒定阻力,并很快达到恒定速度,此时导体棒仍处于磁场区域内。 (1)求导体棒所达到的恒定速度v2; (2)为使导体棒能随磁场运动,阻力最大不能超过多少? (3)导体棒以恒定速度运动时,单位时间内克服阻力所做的功和电路中消耗的电功率各为多大? (4)若t=0时磁场由静止开始水平向右做匀加速直线运动,经过较短时间后,导体棒也做匀加速直线运动,其v-t关系如图。所示,已知在时刻t导体棒的瞬时速度大小为vt,求导体棒做匀加速直线运动时的加速度大小。 解:(1)由导体棒切割磁感线得:E=BL(v1-v2) 由闭合电路的欧姆定律得:I=E/R 由安培力的表达式得:F=BIL=, 由平衡条件得速度恒定时有:=f,解得:v2=v1-, (2)要使导体棒能在磁场中运动,即安培力要大于阻力,即〉f , 即fm=, (3)P导体棒=Fv2=f,P电路=E2/R==, (4)因为-f=ma,导体棒要做匀加速运动,必有v1-v2为常数, 设为(v,a=,则-f=ma, 可解得:a=。 5、(09,上海,24)如图,光滑的平行金属导轨水平放置,电阻不计,导轨间距为l,左侧接一阻值为R的电阻。区域cdef内存在垂直轨道平面向下的有界匀强磁场,磁场宽度为s。一质量为m,电阻为r的金属棒MN置于导轨上,与导轨垂直且接触良好,受到F=0.5v+0.4(N)(v为金属棒运动速度)的水平力作用,从磁场的左边界由静止开始运动,测得电阻两端电压随时间均匀增大。(已知l=1m,m=1kg,R=0.3(,r=0.2(,s=1m) (1)分析并说明该金属棒在磁场中做何种运动; (2)求磁感应强度B的大小; (3)若撤去外力后棒的速度v随位移x的变化规律满足v=v0-x,且棒在运动到ef处时恰好静止,则外力F作用的时间为多少? (4)若在棒未出磁场区域时撤去外力,画出棒在整个运
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