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题型：综合题题类：常考题难易度：普通

北京市石景山区2018届高三物理期末测试试卷

如图所示，一正方形金属框边长l=0.1 m，每条边的电阻r=0.1 Ω，金属框以v=1.0 m/s的速度匀速穿过矩形匀强磁场区域MNPQ，其平面始终保持与磁场方向垂直，且cd边始终平行于磁场边界MN。已知金属框的边长小于MN的长度，磁场宽度L=0.3 m，磁感应强度 B=0.2 T。

（1）、取逆时针方向为正方向，请通过计算分析，在图1中画出金属框穿过磁场区域的过程中，金属框内感应电流I随时间t变化的图线。

（2）、请通过计算分析，在图2中画出ab两端电压U_ab随时间t变化的图线。

举一反三

如图所示，在xOy水平面内，固定着间距为d的足够长光滑金属导轨，右端与电容器相连，在 $\text{[math]}$ 处用长度可忽略的绝缘材料连接，紧靠连接点右侧垂直导轨放置一根质量为m的金属棒ab。在 $\text{[math]}$ 区域存在两个大小为 $\text{[math]}$ 、垂直导轨平面、方向相反的匀强磁场，磁场边界满足 $\text{[math]}$ ；在 $\text{[math]}$ 区域存在垂直导轨平面向下的匀强磁场 $\text{[math]}$ 。边长为d的正方形导线框 $\text{[math]}$ 质量也为m， $\text{[math]}$ 边和 $\text{[math]}$ 边的电阻均为R，静置在导轨上， $\text{[math]}$ 位于 $\text{[math]}$ 处。在外力作用下导线框 $\text{[math]}$ 沿x轴正方向以速度 $\text{[math]}$ 做匀速直线运动，当 $\text{[math]}$ 到达 $\text{[math]}$ 时撤去外力，导线框与金属棒ab发生弹性碰撞。不计其它电阻，电容器的储能公式 $\text{[math]}$ 。求：

（1）导线框中感应电动势的最大值；

（2）导线框 $\text{[math]}$ 边运动到 $\text{[math]}$ 的过程中流过导线框的总电量q；

（3）整个过程中外力对导线框所做的功W；

（4）电容器最终储存的能量。

电磁缓冲装置广泛应用于高铁等交通工具，它利用电磁力来实现有效缓冲，其原理图如图所示。减速区分布着两部分磁场区域Ⅰ和Ⅱ（俯视），分别存在着垂直纸面向内和垂直纸面向外的宽度均为L的匀强磁场，磁感应强度的大小均为B。缓冲车质量为M，其底部最前端固定有边长也为L的N匝正方形线圈，线圈电阻为r，缓冲车以速度 $\text{[math]}$ 无动力进入减速区，不计摩擦及空气阻力。则（　　）

如图所示，间距为 $\text{[math]}$ 的两平行长直金属导轨水平放置，导轨所在空间存在方向竖直向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场。长度均为 $\text{[math]}$ 的金属杆ab、cd垂直导轨放置，初始时两金属杆相距为 $\text{[math]}$ ，金属杆ab沿导轨向右运动的速度大小为 $\text{[math]}$ ，金属杆cd速度为零且受到平行导轨向右、大小为F的恒力作用。已知金属杆与导轨接触良好且整个过程中始终与导轨垂直，在金属杆ab、cd的整个运动过程中，两金属杆间的最小距离为 $\text{[math]}$ ，重力加速度大小为g，两金属杆的质量均为m，电阻均为R，金属杆与导轨间的动摩擦因数均为 $\text{[math]}$ ，金属导轨电阻不计，下列说法正确的是（　　）

如图甲所示，足够长的U型导轨放置在光滑水平绝缘桌面上，CD长为1m，导轨电阻不计。质量为0.1kg、长为1m、电阻为 $\text{[math]}$ 的导体棒MN放置在导轨上，与导轨间的动摩擦因数为 $\text{[math]}$ 且始终接触良好。Ⅰ区域内存在垂直纸面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场；Ⅱ区域内存在垂直纸面向里、磁感应强度大小为2B的匀强磁场。 $\text{[math]}$ 时，对导轨施加一个水平向右恒力F， $\text{[math]}$ 时撤去F，2s前导轨与导体棒的 $\text{[math]}$ 图像如图乙所示。MN与CD停止运动时分别位于Ⅰ区域和Ⅱ区域，已知重力加速度g取 $\text{[math]}$ ，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则（　　）

如图甲所示，间距为L=0.2m的平行金属导轨由上方水平区域、左侧竖直区域、下方倾斜区域依次对接组成。上方导轨右端连接电容C=0.1F的电容器，长度 $\text{[math]}$ 的倾斜金属导轨下端连接阻值R=1.8Ω的定值电阻。开关S断开时，电容器极板所带的电荷量q=0.08C质量m=1g的导体杆ab静止在水平导轨上。t=0时刻闭合开关S，导体杆ab受到安培力开始向左运动，经过一段时间导体杆达到匀速；此后，t₁时刻导体杆无碰撞通过对接点CC^'进入竖直导轨运动，竖直导轨上端DD^'略错开CC^' ， t₂时刻导体杆进入与水平方向成30°角的倾斜导轨匀速下滑。已知整个空间存在方向竖直向下的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的图像如图乙所示，其中B₁=0.5T，B₂=0.3T，t₁、t₂未知；与导轨始终垂直且接触良好的导体杆ab的电阻r=0.9Ω，与竖直导轨间的动摩擦因数μ=0.25；不计其余轨道摩擦阻力和电阻，导体杆ab通过轨道连接处无机械能损失。

（1）导体杆ab在上方水平导轨向左匀速运动时，a、b两端点的电势φ_a_____φ_b（选填“>”或“<”）；在下方倾斜导轨向下滑行时，a、b两端点的电势φ_a_____φ_b（选填“>”或“<”）；

（2）求导体杆ab在上方水平轨道匀速运动时，电容器极板所带的电荷量q^'；

（3）求导体杆ab在下方倾斜导轨匀速下滑过程中，整个回路的热功率P；

（4）求导体杆ab在竖直导轨上运动的时间t。

电磁炮是利用电磁力对弹体加速的新型武器．某小组用图示装置模拟研究电磁炮的原理．间距为0.1m的水平长导轨间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为0.5T，左端所接电池电动势1.5V、内阻0.5Ω．长0.1m、电阻0.1Ω的金属杆ab静置在导轨上．闭合开关S后，杆ab向右运动，在运动过程中受到的阻力恒为0.05N，且始终与导轨垂直且接触良好．导轨电阻不计，则杆ab

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