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题型：解答题题类：难易度：普通

2024届浙江省新昌中学高三上学期12月首考模拟物理试题

如图所示，竖直平面内有间距为l的固定平行金属导轨M和N，其下端通过开关S₁连接电阻R，通过单刀双掷开关S₂连接电容C和内外半径分别r₁和r₂的金属环，金属环位于同一竖直平面内。在两导轨虚线框内和在两金属环间，存在相同的、方向垂直导轨平面、大小为B的匀强磁场。电阻为R、质量为m、长为l的两相同的导体棒ab和cd，ab通过劲度系数为k的绝缘轻质弹簧相连，当开关S₁和S₂断开时，ab位于靠近磁场上边界处（但在磁场内），处于水平静止状态并与导轨接触良好；cd置于两金属环上，且绕过圆心O的轴以角速度 $\text{[math]}$ 匀速旋转。已知k=400N/m，m=1kg，l=1m，B=2T，R=0.5 $\text{[math]}$ ， C=0.25F，ω=5rad/s，r₁=0.1m，r₂=0.9m，不计其它电阻和摩擦阻力，棒ab始终在导轨所在平面内运动，g取10m/s²。

（1）S₁断开，S₂掷向2，求电容器所带电荷量的大小q；

（2）S₁断开，S₂掷向1时ab棒以v=1.0m/s的速度竖直向上运动离开磁场时，求此时电容器所带电荷量的大小q^' ，并判断cd的旋转方向；

（3）ab棒再进磁场前断开S₂ ，接通S₁ ， ab在磁场内运动至距磁场上边界0.04m处时速度为零，求此过程中电阻R消耗的焦耳热。（提示：弹簧伸长量为 $\text{[math]}$ 时，其弹性势能 $\text{[math]}$ ，导体棒ab在运动过程中弹簧末超出弹性限度）

举一反三

如图所示，由金属和绝缘部件组成的无限长光滑平行导轨，其间距为 $\text{[math]}$ ，金属导轨中间嵌有两段由绝缘材料制成的导轨M、N（图中用黑实体表示），导轨左端连有电动势 $\text{[math]}$ 的电源．质量 $\text{[math]}$ ，电阻 $\text{[math]}$ 的三根相同导体棒ab、cd和ef垂直导轨放置，其中cd用两根很长的轻质绝缘细线悬挂，刚好与导轨接触且无挤压．ghkj是一个置于金属导轨上的“

”型导体线框，由三根导体棒组成，每根棒质量均为m，电阻均为R，长度均为L．若ef棒与线框ghkj相碰则连接成一个正方形导体框，初始时，导体棒和线框均静止在金属导轨上．导轨上方有三个方向垂直于导轨平面向下的有界匀强磁场：紧靠绝缘导轨M左侧的区域Ⅰ中有磁感应强度为 $\text{[math]}$ 的磁场；区域Ⅱ中有磁感应强度为 $\text{[math]}$ 的磁场，cd棒紧靠区域Ⅱ的左边界放置；紧靠绝缘导轨N右侧的区域Ⅲ中有宽度为L、磁感应强度为 $\text{[math]}$ 的磁场．初始时ef处于区域Ⅱ中，区域Ⅱ、Ⅲ位于绝缘导轨N两侧．导体线框gj两点紧靠区域Ⅲ的左边界，闭合开关S，ab棒启动，进入绝缘轨道M之前已做匀速运动．导体棒ab和cd相碰后结合在一起形成“联动二棒”，与导轨短暂接触后即向右上方摆起，摆起的最大高度为 $\text{[math]}$ ，到达最高点后不再下落，同时发现ef棒向右运动，进入区域Ⅲ．不计其他电阻．求：

（1）ab棒匀速运动时的速度；

（2）ef棒离开区域Ⅱ时的速度 $\text{[math]}$ ；

（3）“”导体线框能产生的焦耳热。

如图所示，水平面内的光滑平行导轨由宽度为 $\text{[math]}$ 的平行导轨和宽度为L的平行导轨连接而成，图中虚线右侧的导轨处在垂直于水平面向下的匀强磁场中，磁场的磁感强度大小为B，金属棒 $\text{[math]}$ 垂直放置在虚线左侧的宽导轨上，金属棒 $\text{[math]}$ 垂直放置在窄导轨上， $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 的质量分别为 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 接入两导轨间的电阻分别为 $\text{[math]}$ ，虚线右侧的宽导轨和窄导轨均足够长，导轨电阻不计，运动过程中两金属棒始终与导轨接触良好，给金属棒 $\text{[math]}$ 向右的初速度 $\text{[math]}$ ，则下列说法正确的是（　　）

两根足够长的平行金属导轨固定在倾斜角为 $\text{[math]}$ 的斜面上，导轨电阻不计，间距为 $\text{[math]}$ ，在导轨ef和gh之间有宽度为d、方向垂直轨道平面向下的匀强磁场Ⅰ，gh线上方有垂直于轨道平面向上、磁感应强度大小为 $\text{[math]}$ 的匀强磁场Ⅱ。两根质量均为0.1kg、电阻均为 $\text{[math]}$ 的导体棒间隔为d，如图垂直导轨放置，导体棒a与gh间距为d。现同时将两根导体棒由静止释放，发现当α棒刚进入磁场Ⅰ时，两根导体棒立即开始匀速运动，b棒刚要出磁场Ⅰ时沿斜面向下的加速度为 $\text{[math]}$ 。不计一切摩擦，两棒在下滑过程中，与导轨始终接触良好，已知 $\text{[math]}$ ，重力加速度g取 $\text{[math]}$ 。下列说法正确的是（　　）

如图所示，倾角为θ=53°的金属导轨MN和 $\text{[math]}$ 的上端有一个单刀双掷开关K，当开关与1连接时，导轨与匝数n=100匝、横截面积S=0.04m²的圆形金属线圈相连，线圈总电阻r=0.2Ω，整个线圈内存在垂直线圈平面的匀强磁场B₀且磁场随时间均匀变化。当开关与2连接时，导轨与一个阻值为R₁=0.3Ω的电阻相连。水平轨道的 $\text{[math]}$ 至 $\text{[math]}$ 间是绝缘带，其它部分导电良好，最右端串接一定值电阻R₂=0.2Ω。两轨道长度均足够长，宽度均为L=1m，在 $\text{[math]}$ 处平滑连接。导轨MN和 $\text{[math]}$ 的平面内有垂直斜面向下的匀强磁场，磁感应强度大小B₁=0.2T；整个水平轨道上有方向竖直向上，磁感应强度大小为B₂=1T的匀强磁场。现开关与1连接时，一根长度为L的导体棒a恰好静止在倾斜导轨上；某时刻把开关迅速拨到2，最后a棒能在倾斜轨道上匀速下滑。导体棒b一开始被锁定（锁定装置未画出），且到 $\text{[math]}$ 位置的水平距离为d=0.24m。棒a与棒b的质量均为m=0.1kg，电阻均为R=0.2Ω，所有导轨均光滑且阻值不计。求：

如图所示，光滑且足够长的金属导轨MN、PQ平行地固定在同一绝缘水平面上，导轨上停放一质量 $\text{[math]}$ 的金属杆ab，两导轨间距 $\text{[math]}$ ，两导轨的左端接入电阻 $\text{[math]}$ 的定值电阻，位于两导轨之间的金属杆ab的电阻 $\text{[math]}$ ，导轨的电阻可忽略不计。整个装置处于磁感应强度大小 $\text{[math]}$ 的匀强磁场中，磁场方向竖直向下。现用一外力F水平向右拉金属杆ab，使之由静止开始向右做匀加速直线运动，在整个运动过程中金属杆ab始终与导轨垂直并接触良好，金属杆ab开始运动经 $\text{[math]}$ 时，定值电阻两端的电压U=1.2V，此时，求：

如图甲所示，一倾角为 $\text{[math]}$ 的绝缘光滑斜面固定在水平地面上，其顶端与两根相距为 $\text{[math]}$ 的水平光滑平行金属导轨相连，其末端装有挡板 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 。另一倾角 $\text{[math]}$ 、宽度也为 $\text{[math]}$ 的倾斜光滑平行金属直导轨顶端接一电容 $\text{[math]}$ 的不带电电容器。倾斜导轨与水平导轨在 $\text{[math]}$ 处绝缘连接（ $\text{[math]}$ 处两导轨间绝缘物质未画出），两导轨均处于一竖直向下的匀强磁场中。从导轨上某处静止释放一金属棒 $\text{[math]}$ ，滑到 $\text{[math]}$ 后平滑进入水平导轨，并与电容器断开，此刻记为 $\text{[math]}$ 时刻，同时开始在 $\text{[math]}$ 上施加水平向右拉力继续向右运动，之后 $\text{[math]}$ 始终与水平导轨垂直且接触良好； $\text{[math]}$ 时， $\text{[math]}$ 与挡板 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 相碰，碰撞时间极短，碰后立即被锁定。另一金属棒 $\text{[math]}$ 的中心用一不可伸长绝缘细绳通过轻质定滑轮与斜面底端的物块 $\text{[math]}$ 相连；初始时绳子处于拉紧状态并与 $\text{[math]}$ 垂直，滑轮左侧细绳与斜面平行，右侧与水平面平行。 $\text{[math]}$ 在 $\text{[math]}$ 后的速度-时间图线如图乙所示，其中1-2s段为直线， $\text{[math]}$ 棒始终与导轨接触良好。 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 均平行。已知：磁感应强度大小 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 的质量均为0.4kg， $\text{[math]}$ 无电阻， $\text{[math]}$ 电阻为 $\text{[math]}$ ；导轨电阻、细绳与滑轮的摩擦力均忽略不计；整个运动过程 $\text{[math]}$ 未与滑轮相碰， $\text{[math]}$ 未运动到 $\text{[math]}$ 处，图甲中水平导轨上的虚线表示导轨足够长。 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ，图乙中 $\text{[math]}$ 为一常数， $\text{[math]}$ 。求：

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