- 二一组卷

题型：解答题题类：难易度：困难

湖北省襄阳市第五中学2023-2024学年高二下学期3月月考物理试卷

如图，MN和PQ是水平面内足够长的间距为 $\text{[math]}$ 的光滑平行导轨，其左端通过导线接有阻值为 $\text{[math]}$ 的定值电阻、单刀双掷开关 $\text{[math]}$ （开始时处于空掷位置）和电容为 $\text{[math]}$ 的电容器（初始不带电），整个装置处于竖直向下的匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为 $\text{[math]}$ ，质量为 $\text{[math]}$ 的导体棒ab垂直放在导轨上，导体棒和导轨的电阻忽略不计。某时刻将开关 $\text{[math]}$ 掷于“1”，对ab施加水平向右、大小为 $\text{[math]}$ 的恒力，使其由静止开始运动。

（1）运用相关知识推理说明导体棒ab将怎样运动？

（2）导体棒ab运动稳定时，求 $\text{[math]}$ 上消耗的电功率。

（3）当导体棒ab运动稳定后，撤去恒力 $\text{[math]}$ ，同时将开关 $\text{[math]}$ 迅速切换到“2”，求此后ab运动再次达到稳定时的速度大小。

举一反三

如图所示，金属轮 $\text{[math]}$ 和绝缘轮 $\text{[math]}$ 可绕各自中心金属轴 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 转动， $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 平行且水平放置， $\text{[math]}$ 金属轮由三根金属辐条和金属环组成， $\text{[math]}$ 轮的辐条长均为4r、电阻均为R，金属环的电阻可以忽略，三根辐条互成 $\text{[math]}$ 角，在图中 $\text{[math]}$ 的扇形区域内存在平行于轴向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，绝缘轮 $\text{[math]}$ 的半径为2r，另一半径为r的绝缘圆盘。 $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 同轴且固连在一起。一轻细绳的一端固定在 $\text{[math]}$ 边缘上的某点，在 $\text{[math]}$ 上绕足够匝数后，悬挂一质量为m的重物P。当P下落时，通过细绳带动 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 绕 $\text{[math]}$ 轴转动。转动过程中， $\text{[math]}$ 保持接触，无相对滑动。 $\text{[math]}$ 轮的轴 $\text{[math]}$ 金属环边缘电刷D引出导线、与两平行的足够长的光滑水平金属导轨连接，上导轨E、F处断开，金属导轨的间距为L。两导轨之间E的左侧串联了开关 $\text{[math]}$ 与电阻R；两导轨之间虚线右侧存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小也为B，磁场中放置一质量为 $\text{[math]}$ ，长度也为L、电阻为R的金属棒GH，电容器的电容C与单刀双掷开关 $\text{[math]}$ 串联，可以掷向E或F，不计导线电阻。

（1）当 $\text{[math]}$ 都断开，重物下落时，比较D与 $\text{[math]}$ 两点之间的电势高低： $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$

（2）当 $\text{[math]}$ 都断开，重物下落速度为 $\text{[math]}$ 时，求D与 $\text{[math]}$ 两点之间电势差U的大小；

（3）S₁闭合、 $\text{[math]}$ 断开，重物下落4r过程中，通过电阻R的电量；

（4）S₁断开、 $\text{[math]}$ 先打向E，充电稳定后再打向F，待金属棒GH运动稳定时，求金属棒GH的速度 $\text{[math]}$ 。

如图所示，足够长的U形光滑金属导轨平面与水平面成θ角，其中MN与PQ平行且间距为L，导轨平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，导轨电阻不计。金属棒ab由静止开始沿导轨下滑，并与两导轨始终保持垂直且良好接触，ab棒接入电路的电阻为R，经过足够长的时间，当流过ab棒某一横截面的电荷量为q时，棒的速度为v，则ab棒在这一过程中（）

如图所示，水平固定的光滑导轨P、Q的间距为L，方向竖直向上的匀强磁场分布在EFHG区域，磁感应强度大小为B，质量为m、电阻为R、长度为L的导体棒a从磁场左侧边界EF处以大小为 $\text{[math]}$ ，的初速度进入磁场，同时，另一相同的导体棒b从磁场右侧边界GH处以大小为 $\text{[math]}$ 的初速度进入磁场。磁场区域FH足够长，两导体棒未在磁场中相遇，导体棒与导轨始终接触良好，不计导轨电阻。求：

（1）导体棒a进入磁场瞬间回路中的电流I；

（2）导体棒a进入磁场瞬间的加速度大小a。

如图所示，水平面内放置着电阻可忽略不计的金属导轨，其形状满足方程 $\text{[math]}$ ，空间分布者垂直xOy平面向内的匀强磁场。先将足够长的导体棒ab与x轴重合，且关于y轴对称放置，再用沿y轴正向的外力使其由静止开始做匀加速直线运动，导体棒先后经过 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 的位置。若导体棒接入电路的电阻和其长度成正比，运动过程中始终和x轴平行并和导轨接触良好，不计摩擦，下列说法正确的是（　　）

如图所示，两平行光滑金属导轨间距为L，导轨平面与水平面的夹角为 $\text{[math]}$ ，导轨ABCD区域有方向垂直轨道平面，面积为S的有界均匀磁场（图中未画出）；导轨EFNM区域有方向垂直轨道平面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B₀ ，导轨AH、BG及导线AB的电阻不计，导轨HM、GN单位长度电阻为r，质量为m、电阻为R的金属棒P位于EFGH区域的磁场中，与导轨垂直并接触良好，重力加速度为g。

（1）若ABCD区域的磁感应强度大小随时间t变化关系为 $\text{[math]}$ （ $\text{[math]}$ 且为常量），方向垂直轨道平面向上，P棒静止在导轨上，求k₁的大小；

（2）若ABCD区域的磁感应强度大小随时间t变化关系为 $\text{[math]}$ （ $\text{[math]}$ ，且为已知常量），方向垂直轨道平面向下，在 $\text{[math]}$ 时平行导轨向下以某速度释放P棒，P棒能匀加速通过EFGH区域，求P棒的加速度大小；

（3）若撤去ABGH区域的磁场，将GNMH区域的磁场设置为方向垂直轨道平面向上，磁场的磁感应强度大小为 $\text{[math]}$ （ $\text{[math]}$ ，且为已知常量）的均匀磁场；换质量为m、电阻不计的金属棒Q，在 $\text{[math]}$ 时刻从GH处由静止释放，同时施加沿导轨方向向下的外力使Q棒以恒定的加速度a在导轨上滑动，求外力F与时间t的关系表达式。

如图所示，两条足够长的平行导电导轨MN、PQ水平放置，导轨间距L=1.0m，在轨道区域内有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B=1T。导体棒a、b质量均为m=1kg，电阻均为R=0.5Ω，与导轨间的动摩擦因数均为 $\text{[math]}$ =0.3，运动过程中导体棒与导轨始终垂直且接触良好。重力加速度g=10m/s² ，导轨电阻可忽略，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。

（1）若开始时导体棒a初速度为零，导体棒b获得 $\text{[math]}$ =2m/s的水平向右的初速度，求此时导体棒a和b的加速度大小；

（2）若同时分别给两导体棒不同的冲量，使导体棒a获得平行于导轨向左的初速度 $\text{[math]}$ =2m/s的同时，导体棒b获得向右的平行于导轨的初速度 $\text{[math]}$ =4m/s，求流经导体棒a的最大电流；

（3）在（2）的条件下，从导体棒a速度为零到两棒相距最远的过程中，已知导体棒b产生的焦耳热为0.25J，求此过程中导体棒b的位移。

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