2020年高考物理回归复习—电学选择之单杆切割磁感线过程中的能量问题 含答案

高考回归复习—电学选择之单杆切割磁感线过程中的能量问题 1．如图所示，间距为 L、电阻不计的足够长平行光滑金属导轨水平放置，导轨左端用一阻值为 R 的电阻连 接导轨上横跨一根质量为 m、电阻也为 R 的金属棒，金属棒与导轨接触良好．整个装置处于竖直向上、磁 感应强度为 B 的匀强磁场中．现使金属棒以初速度 v 沿导轨向右运动，若金属棒在整个运动过程中通过的 电荷量为 q．下列说法正确的是( ) A．金属棒在导轨上做匀减速运动 B．整个过程中金属棒克服安培力做功为 C．整个过程中金属棒在导轨上发生的移为 D．整个过程中电阻 R 上产生的焦耳热为 2．如图甲所示为足够长、倾斜放置的平行光滑导轨，处在垂直斜面向上的匀强磁场中，导轨上端接有一 定值电阻，导轨平面的倾角为 ，金属棒垂直导轨放置，用一平行于斜面向上的拉力 F 拉着金属棒由静 止向上运动，金属棒的质量为 0.2kg，其速度大小随加速度大小的变化关系如图乙所示，且金属棒由静止 加速到最大速度的时间为 1s，金属棒和导轨的电阻不计，sin =0.6，cos =0.8，g 取 10m/s2，则 （　　） A．F 为恒力 B．F 的最大功率为 0.56W C．回路中的最大电功率等于 0.56W D．金属棒由静止加速到最大速度这段时间内定值电阻上产生的焦耳热是 0.26J 3．如图所示，在水平面上放置间距为 L 的平行金属导轨 MN、PQ，左端连接阻值为 R 的定值电阻。质量 为 m 的金属杆 ab，垂直导轨静止放置，接入导轨间的电阻也为 R，与导轨间的动摩擦因数为 μ，导轨处在 竖直向下、磁感应强度大小为 B 的匀强磁场中。金属杆 ab 受到平行 MN 向左的瞬时冲量 I，向左移动了距 21 2 mv 2qR BL 21 2 mv 37° 37° 37°离 d 停止，运动过程中金属杆 ab 始终与导轨垂直且接触良好。导轨的电阻不计，重力加速度大小为 g，则 整个运动过程中（　　） A．金属杆的最大加速度为 B．通过定值电阻 R 横截面的电荷量为 C．金属杆 ab 克服安培力做的功等于金属杆消耗的电能 D．回路中产生的焦耳热为 4．如图，倾角 =30°且电阻不计的光滑平行双导轨固定，导轨上端连有阻值 R=1Ω 的电阻，MNQP 区域存 在方向垂直于斜面向下、磁感应强度 B=1T 的匀强磁场，质量 m=1kg、电阻 r=1Ω 的导体棒 ab 置于导轨上 并与导轨接触良好，ab//MP//NQ。让 ab 从与 MP 相距为 d1=0.5m 处由静止下滑，同时对它施加一个平行于 导轨方向的力 F，使 ab 始终沿导轨向下做 a=4m/s2 的匀加速直线运动，直到 ab 穿过磁场。已知 ab 的长度 及导轨间距均为 L=1m，MP 和 NQ 相距 d2=1.5m。重力加速度 g=10m/s2。则（ ） A．ab 刚进入磁场时受到的安培力大小为 2N B．ab 即将穿出磁场时，重力的功率为 20W C．ab 在磁场中运动的过程中，力 F 一直在增大 D．ab 由静止下滑到即将穿出磁场的过程中，力 F 的方向不变 5．如图所示，两条平行光滑导轨倾斜放置在水平地面上，导轨上端接一平行板电容器 ，导轨处于匀强磁 场中，磁场方向垂直于导轨平面。放置在导轨上的金属棒从导轨上端由静止开始下滑的过程中，金属棒始 终保持与导轨垂直并接触良好，忽略所有电阻，则该过程中（　　） 2 2 22 B L I m R 2 BdL R 2 2 I mgdm µ− θA．电容器的带电量一直增加 B．电容器的带电量先增加后不变 C．金属棒的加速度逐渐减小 D．金属棒的加速度始终不变 6．如图所示，间距为 L=0.2m 的两平行光滑导轨竖直放置，中间接有 R=1.5Ω 的电阻，导轨电阻忽略不计。 在 ABCD 区域内存在垂直纸面向里大小为 B=5T 的匀强磁场。现将一电阻为 r=0.5Ω、质量为 m=0.5kg 的导 体棒从磁场区域上方某高度由静止释放，导体棒进入磁场瞬间，加速度大小为 6m/s2，方向竖直向下，导 体棒离开磁场前已达到匀速运动状态。棒通过磁场区域过程中与导轨良好接触，且整个过程中通过 R 的电 荷量为 q=3C，重力加速度 g=10m/s2，则以下说法正确的是（　　） A．导体棒进入磁场前下落的高度为 0.8m B．导体棒出磁场时的的速度为 10m/s C．磁场区域的高度为 3m D．经过磁场过程中电阻 R 产生的焦耳热为 6.75J 7．如图所示，一粗糙的平行金属轨道平面与水平面成 θ 角，两轨道上端用一电阻 R 相连，该装置处于匀 强磁场中，磁场方向垂直轨道于平面向上。质量为 m 的金属杆 ab 以初速度 v0 从轨道底端向上滑行，滑行 到某高度 h 后又返回到底端。若运动过程中金属杆始终保持与导轨垂直且接触良好，轨道与金属杆的电阻 均忽略不计。则下列说法正确的是（　　） A．金属杆 ab 上滑过程与下滑过程通过电阻 R 的电量一样多 B．金属杆 ab 上滑过程中克服重力、安培力与摩擦力所做功之和大于 mv C．金属杆 ab 上滑过程与下滑过程因摩擦而产生的内能一定相等 D．金属杆 ab 在整个过程中损失的机械能等于装置产生的焦尔热 8．如图所示，光滑平行金属导轨 MN、PQ 倾斜放置，上端用导线相连，导轨平面与水平方向成 θ 角， θ=37°，两导轨间距为 L，导轨处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为 B，金属 棒 ab 放置在导轨上并由静止释放，金属棒沿导轨下滑过程中始终与导轨垂直且接触良好。ab 棒的质量为 1 2 2 0m、接入电路部分的电阻为 R，当流过 ab 棒某一横截面的电荷量为 q 时，金属棒恰好达到最大速度，导轨 和上端金属导线的电阻不计，则在金属棒这一运动过程中（　　） A．金属棒两端的最大电压为 B．金属棒受到安培力冲量大小为 BqL C．金属棒沿导轨下滑的距离为 D．金属棒中产生的焦耳热为 9．如图所示，两根光滑的金属导轨平行放置在倾角为휃的斜面上，导轨在左端接有电阻 R，导轨的电阻可 忽略不计，斜面处在匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向上，质量为 m、电阻可忽略不计的金属棒 ab 在沿 斜面与棒垂直的恒力 F 作用下沿导轨由静止开始上滑，并上升 h 高度，在这一过程中（　　） A．作用在金属棒上的合力所做的功大于零 B．恒力 F 所做的功等于 mgh 与电阻 R 上发出的焦耳热之和 C．恒力 F 与安培力的合力的瞬时功率一定时刻在变化 D．恒力 F 与重力 mg 的合力所做的功大于电阻 R 上产生的焦耳热 10．如图所示，宽为 L 的足够长光滑导轨竖直放置，导轨电阻不计，下端接有阻值为 R 的电阻，空间存在 垂直于导轨平面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为 B，质量为 m 的导体棒电阻不计，与导轨接触良好， 重力加速度为 g，现给导体棒一向上的初速度 v0，使其自水平位置 MN 开始运动，v0＞ ，对于导体棒 的运动情况，以下说法正确的是（　　） 2 2 3 5 mgR B L 3 5 qR BL 3 2 2 4 4 3 9 5 50 mgqR m g R BL B L − 2 2 mgR B LA．导体棒上升过程中加速度越来越大 B．导体棒在上升过程中 R 产生的焦耳热大于导体棒自最高点返回至 MN 过程中 R 产生的焦耳热 C．导体棒上升过程中通过 R 的电量等于导体棒自最高点返回至 MN 过程中通过 R 的电量 D．导体棒返回至 MN 前一定有一段匀速运动的过程 11．如图所示，两平行导轨放置在水平面内，导轨右端与阻值为 R1 的电阻相连，一长为 L1、宽为 L2(L1>L2) 的长方形匀强磁场区域边界与导轨平行或垂直，磁感应强度大小为 B，方向竖直向下，一导体棒放置在导 轨上并与导轨接触良好，导体棒电阻为 R2．两平行导轨间的距离大于 L1，导轨电阻不计，第一次让导体棒 在外力作用下以大小为 v 的恒定速度通过磁场区域，第二次将长方形磁场区域的长、宽互换，让导体棒在 外力作用下以大小为 2v 的恒定速度通过磁场区域，下列说法正确的是（ ） A．在导体棒第一次通过磁场区域的过程中，通过电阻的电荷量为 B．在导体棒第二次通过磁场区域的过程中，通过电阻的电荷量为 C．在导体棒第一次通过磁场区域的过程中，电阻上消耗的电能为 D．在导体棒第二次通过磁场区域的过程中，导体棒上消耗的电能为 12．如图所示，固定在同一水平面内的两平行长直金属导轨，间距为 1m，其左端用导线接有两个阻值为 4Ω 的电阻，整个装置处在竖直向上、大小为 2T 的匀强磁场中。一质量为 2kg 的导体杆 MN 垂直于导轨放 置，已知杆接入电路的电阻为 2Ω，杆与导轨之间的动摩擦因数为 0. 5。对杆施加水平向右、大小为 20N 的拉力，杆从静止开始沿导轨运动，杆与导轨始终保持良好接触，导轨电阻不计，重力加速度 g=10m/s2。 则（ ） 1 2 1 2 BL L R R+ 1 2 1 2 2BL L R R+ 2 2 1 2 1 2 1 2( ) B L L vR R R+ 2 2 2 1 2 2 1 2( ) B L L vR R R+A．M 点的电势高于 N 点 B．杆运动的最大速度是 10m/s C．杆上产生的焦耳热与两电阻产生焦耳热的和相等 D．当杆达到最大速度时，MN 两点间的电势差大小为 20V 13．如图所示，左端接有阻值为 R 的足够长的平行光滑导轨 CE、DF 的间距为 L，导轨固定在水平面上， 且处在磁感应强度为 B、竖直向下的匀强磁场中，一质量为 m、电阻为 r 的金属棒 ab 垂直导轨放置在导轨 上静止，导轨的电阻不计。某时刻给金属棒 ab 一个水平向右的瞬时冲量 I，导体棒将向右运动，最后停下 来，则此过程（　　） A．金属棒做匀减速直线运动直至停止运动 B．电阻 R 上产生的焦耳热为 C．通过导体棒 ab 横截面的电荷量为 D．导体棒 ab 运动的位移为 14．如图甲所示为足够长、倾斜放置的平行光滑导轨，处在垂直斜面向上的匀强磁场中，导轨上端接 有一 定值电阻，导轨平面的倾角为 37°，金属棒垂直导轨放置，用一平行于斜面向上的拉力 F 拉着金属棒由静 止向上运动，金属棒的质量为 0.2kg，其速度大小随加速度大小的变化关系如图乙所示，且金属棒由静止 加速到最大速度的时间为 1s，金属棒和导轨的电阻不计，sin 37°=0.6，cos 37°=0.8，g 取 10m/s2，则（　） A．F 的大小会随着棒高度的变化而变化 B．回路中的最大电功率等于 0.56W 2 2 I m I BL 2 2 I R r B L +（ ）C．F 的最大功率为 0.56W D．金属棒由静止加速到最大速度这段时间内定值电阻上产生的焦耳热是 0.26J 15．如图所示的 “U”形框架固定在绝缘水平面上，两导轨之间的距离为 L，左端连接一阻值为 R 的定值电 阻，阻值为 r、质量为 m 的金属棒垂直地放在导轨上，整个装置处在竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度 大小为 B。现给金属棒以水平向右的初速度 v0，金属棒向右运动的距离为 x 后停止运动，已知该过程中定 值电阻上产生的焦耳热为 Q，重力加速度为 g，忽略导轨的电阻，整个过程金属棒始终与导轨垂直接触。 则该过程中（　　） A．磁场对金属棒做功为 B．流过金属棒的电荷量为 C．整个过程因摩擦而产生的热量为 D．金属棒与导轨之间的动摩擦因数为 16．如图所示，固定轨道由倾角为 的斜导轨与水平导轨用极短的圆弧导轨平滑连接而成，轨道所在空间 存在方向竖直向上、磁感应强度大小为 B 的匀强磁场，两导轨间距为 L，上端用阻值为 R 的电阻连接。在 沿斜导轨向下的拉力（图中未画出）作用下，一质量为 m、接入电路的有效电阻为 R 的金属杆 MN 从斜导 轨上某一高度处由静止开始（t=0）沿斜导轨匀加速下滑，经过时间 t0 杆 MN 滑至斜轨道的最底端 P2Q2 处， 此时速度大小为 v 并撤去拉力，杆 MN 在水平导轨上减速运动直至停止，杆 MN 始终垂直于导轨并与导轨 保持良好接触，导轨的电阻以及一切摩擦均不计。则下列说法正确的是（　　） A．杆 MN 中通过的最大感应电流 B．杆 MN 沿斜导轨下滑的过程中，通过电阻 R 的电荷量 R r QR + BLx R r+ 2 0 1 2 mv Q− 2 0 2 v R r Qgx mgxR +− θ m 2 BLvI R = 0 4 BLvtq R =C．撤去拉力后，杆 MN 在水平轨道上运动的路程 D．撤去拉力后，回路中产生的焦耳热为 17．如图所示，在磁感应强度为 B 竖直向下的匀强磁场中，水平固定放置有一成 45º 角的金属导轨，导轨 平面垂直于磁场方向。在外力 F 作用下金属杆 MN 以速度 v 从导轨的 O 点处开始无摩擦地匀速滑动，速度 v 的方向与 Ox 方向平行，金属杆与导轨单位长度的电阻为 r，金属杆与导轨接触良好（即无接触电阻）。 下列说法正确的是（　　） A．t 时刻感应电动势的表达式为 B．金属杆中感应电流的大小为 C．t 时刻外力 F 的瞬时功率为 D．经过时间 t 后金属杆与导轨产生的焦耳热为 18．如图所示，竖直放置的 ∩ 形光滑导轨宽为 L，矩形匀强磁场Ⅰ、Ⅱ的高和间距均为 d，磁感应强度为 B．质量为 m 的水平金属杆由静止释放，进入磁场Ⅰ和Ⅱ时的速度相等．金属杆在导轨间的电阻为 R，与 导轨接触良好，其余电阻不计，重力加速度为 g．金属杆（ ） A．刚进入磁场Ⅰ时加速度方向竖直向下 B．穿过磁场Ⅰ的时间大于在两磁场之间的运动时间 C．穿过两磁场产生的总热量为 4mgd D．释放时距磁场Ⅰ上边界的高度 h 可能小于푚2푔푅2 2퐵4퐿4 2 2 2mRvs B L = 21 2 mv 2 2B v tε = (2 2) Bv r+ 2 3 (2 2) B v t r+ 3 4 2B v t r19．如图甲所示，足够长的光滑平行金属导轨 MN、PQ 竖直放置，其宽度 L=1m，一匀强磁场垂直穿过导 轨平面，导轨的上端 M 与 P 之间连接阻值为 R=0.50 的电阻，质量为 m=0.01kg、电阻为 r=0.20 的金属 棒 ab 紧贴在导轨上。现使金属棒 ab 由静止开始下滑，下滑过程中 ab 始终保持水平，且与导轨接触良好， 其下滑距离 x 与时间 t 的关系如图所示，图象中的 OA 段为曲线，AB 段为直线，导轨电阻不计，取 g=10m/s2（忽略 ab 棒运动过程中对原磁场的影响），则（ ） A．通过金属棒 ab 的电流方向由 b 到 a B．磁感应强度 B 为 0.01T C．金属棒 ab 在开始的 6s 内产生的热量为 3.465J D．金属棒 ab 在开始的 3.5s 内通过的电荷量为 2.8C 20．如图，固定在同一水平面内的两根平行长直金属导轨间距为 d，其右端接有阻值为 R 的电阻，整个装 置处在竖直向上磁感应强度大小为 B 的磁场中。一质量为 m（质量分布均匀）的导体杆 ab 垂直于导轨放 置，且与两导轨保持良好接触，杆与导轨之间的动摩擦因数为 ，现杆在水平向左、垂直于杆的恒力 F 作 用下从静止开始沿导轨运动距离 L 时，速度恰好达到最大（运动过程中杆始终与导轨保持垂直）设杆接入 电路的电阻为 r，导轨电阻不计，重力加速度大小为 g。则此过程（　　） A．杆的速度最大值为 B．流过电阻 R 的电量为 C．恒力 F 做的功与安培力做的功之和大于杆动能的变化量 D．恒力 F 做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的变化量 Ω Ω µ 2 2 ( )F mg R B d µ− BdL R参考答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 BC ACD BD BD AD ABD AC BD AD BC 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 AC BC CD BD BD ACD BC BC D C