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题型：解答题题类：难易度：普通

湖南省益阳市第一名校2023-2024学年高二下学期期末考试物理试卷

如图所示为电流天平，可以用来测量匀强磁场的磁感应强度。它的右臂挂着电阻为R的单匝矩形线圈，线圈cd边长度为L₁ ， bc边长度为L₂ ，处于方向垂直于纸面向里的有界匀强磁场内。重力加速度为g。

（1）当线圈中的电流为I时，在t时间内产生的焦耳热Q；

（2）当线圈cd边在磁场中且通过逆时针方向电流I时，调节砝码使两臂达到平衡。然后调整线圈只将bc边水平置于磁场中且使电流反向、大小不变；这时需要在左盘中增加质量为m的砝码，才能使两臂再次达到新的平衡。请用m、L₁、L₂、I计算出磁感应强度B的表达式。

举一反三

如图所示天平可用来测量磁场的磁感应强度。天平的右臂下面挂一个矩形线圈，底边 $\text{[math]}$ 长为 $\text{[math]}$ ，共 $\text{[math]}$ 匝，线圈的下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面。当线圈中通有电流 $\text{[math]}$ （方向如图所示）时，在天平两边加上质量分别为 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 的砝码时，天平平衡；当电流反向（大小不变）时，右边再加上质量为 $\text{[math]}$ 的砝码后，天平又重新平衡，重力加速度为 $\text{[math]}$ 。由此可知（　　）

如图甲所示，在一对平行光滑的金属导轨上端连接有一阻值为 $\text{[math]}$ 的定值电阻，两导轨在同一平面内，质量为 $\text{[math]}$ ，长为 $\text{[math]}$ 的导体棒 $\text{[math]}$ 垂直于导轨，使其从靠近电阻处由静止开始下滑，已知导体棒电阻 $\text{[math]}$ ，整个装置处于垂直于于导轨平面的匀强磁场中，导体棒下滑过程中加速度 $\text{[math]}$ 与速度 $\text{[math]}$ 的关系如图乙所示。 $\text{[math]}$ ，求：

（1）导轨平面与水平面间夹角 $\text{[math]}$ ；

（2）磁场的磁感应强度 $\text{[math]}$ 的大小；

（3）若靠近电阻处到底端距离 $\text{[math]}$ 棒在下滑至底端前速度已达 $\text{[math]}$ ，求 $\text{[math]}$ 棒下滑的整个过程中，电阻 $\text{[math]}$ 上产生的焦耳热。

如图所示，光滑水平面上存在有界匀强磁场，磁感应强度为 $\text{[math]}$ ，质量为 $\text{[math]}$ 、边长为 $\text{[math]}$ 的正方形线框 $\text{[math]}$ 斜向穿进磁场，当 $\text{[math]}$ 刚进入磁场时，线框的速度为 $\text{[math]}$ ，方向与磁场边界成 $\text{[math]}$ ，若线框的总电阻为 $\text{[math]}$ ，则（）

小明设计了如图所示的方案，探究金属杆在磁场中的运动情况，质量分别为2m、m的金属杆P、Q用两根不可伸长的导线相连，形成闭合回路，两根导线的间距和P、Q的长度均为L，仅在Q的运动区域存在磁感应强度大小为B、方向水平向左的匀强磁场。Q在垂直于磁场方向的竖直面内向上运动，P、Q始终保持水平，不计空气阻力、摩擦和导线质量，忽略回路电流产生的磁场。重力加速度为g，当P匀速下降时，求

如图所示，两个半径均为R的光滑圆轨道a、b并排固定在竖直平面内，在轨道最低点放置一根质量为m的铜棒，棒长为L，所在空间有平行于圆轨道平面水平向右的匀强磁场，给铜棒通以从C到D的恒定电流I的同时给铜棒一大小为 $\text{[math]}$ 的水平初速度，已知磁感应强度大小 $\text{[math]}$ （g为重力加速度），以下说法正确的是（　　）

如图所示，不计电阻的光滑的金属轨道分水平段和竖直段两部分，竖直段轨道为半径R=1m的圆弧形，O 点为圆弧的圆心，P为圆弧上与圆心等高的点。两金属轨道之间的宽度l=0.5m。整个装置均处于磁感应强度B=0.5T、方向竖直向上的匀强磁场中。水平轨道左侧与一个内阻r=2Ω、电压连续可调的电源相连，通过自动调节电压可维持电路中电流I=2A保持不变（方向如图所示）。现将一质量m=0.05kg、长为0.5m的匀质金属细杆置于轨道上M 点静止释放，金属细杆沿金属轨道向右开始运动，运动中金属细杆与金属轨道始终垂直。已知M、N间距d=20m，求：

（1）金属细杆开始运动时的加速度大小；

（2）金属细杆运动到P点时对每一条轨道的作用力大小；

（3）金属杆从M点运动开始计时，电源电动势按照E=24+2.5t(V)变化，求金属杆从M到N过程中产生的焦耳热。

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