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题型：综合题题类：常考题难易度：普通

安徽省太和第一中学2019-2020学年高二上学期物理第一次调研试题（卓越班)

某科研机构在研究磁悬浮列车的原理时，把它的驱动系统简化为如下模型；固定在列车下端的线圈可视为一个单匝矩形纯电阻金属框，如图甲所示， $\text{[math]}$ 边长为 $\text{[math]}$ ，平行于 $\text{[math]}$ 轴， $\text{[math]}$ 边宽度为 $\text{[math]}$ ，边平行于 $\text{[math]}$ 轴，金属框位于 $\text{[math]}$ 平面内，其电阻为 $\text{[math]}$ ；列车轨道沿 $\text{[math]}$ 方向，轨道区域内固定有匝数为 $\text{[math]}$ 、电阻为 $\text{[math]}$ 的“

”字型（如图乙）通电后使其产生图甲所示的磁场，磁感应强度大小均为 $\text{[math]}$ ，相邻区域磁场方向相反（使金属框的 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 两边总处于方向相反的磁场中）．已知列车在以速度 $\text{[math]}$ 运动时所受的空气阻力 $\text{[math]}$ 满足 $\text{[math]}$ （ $\text{[math]}$ 为已知常数）。驱动列车时，使固定的“

”字型线圈依次通电，等效于金属框所在区域的磁场匀速向 $\text{[math]}$ 轴正方向移动，这样就能驱动列车前进．

（1）、当磁场以速度 $\text{[math]}$ 沿x轴正方向匀速移动，列车同方向运动的速度为 $\text{[math]}$ （ $\text{[math]}$ ）时，金属框 $\text{[math]}$ 产生的磁感应电流多大？（提示：当线框与磁场存在相对速度 $\text{[math]}$ 时，动生电动势 $\text{[math]}$ ）

（2）、求列车能达到的最大速度 $\text{[math]}$ ；

（3）、列车以最大速度运行一段时间后，断开接在“

” 字型线圈上的电源，使线圈与连有整流器（其作用是确保电流总能从整流器同一端流出，从而不断地给电容器充电）的电容器相接，并接通列车上的电磁铁电源，使电磁铁产生面积为 $\text{[math]}$ 、磁感应强度为 $\text{[math]}$ 、方向竖直向下的匀强磁场，使列车制动，求列车通过任意一个“

”字型线圈时，电容器中贮存的电量Q。

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。

如图所示，匝数为10匝、面积为1㎡，电阻为1Ω的圆形金属线框位于垂直纸面向里匀强磁场中，线框平面与磁场方向垂直，圆形线框平面两端点A、B间接有阻值为2Ω的定值电阻。匀强磁场的磁感应强度随时间均匀变化关系为B＝1.2-0.3t（B的单位为T，t的单位为s）。则下列说法正确的是（）

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，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。

如图甲所示，ACD是固定在水平面上的半径为2r、圆心为O的金属半圆弧导轨，EF是半径为r、圆心也为O的半圆弧，在半圆弧EF与导轨ACD之间的半圆环区域内存在垂直导轨平面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B，B随时间t变化的图象如图乙所示．OA间接有电阻P，金属杆OM可绕O点转动，M端与轨道接触良好，金属杆OM与电阻P的阻值均为R，其余电阻不计。

（1）0～t₀时间内，OM杆固定在与OA夹角为θ₁＝ $\text{[math]}$ 的位置不动，求这段时间内通过电阻P的感应电流大小和方向；

（2）t₀～2t₀时间内，OM杆在外力作用下以恒定的角速度逆时针转动，2t₀时转过角度θ₂＝ $\text{[math]}$ 到OC位置，求电阻P在这段时间内产生的焦耳热Q。

如图甲所示，在光滑绝缘水平桌面上有一边长为l、电阻为R的正方形导线框abcd，在导线框右侧有一宽度大于l的条形匀强磁场区域，磁场的边界与导线框的左、右边框平行，磁感应强度大小为B，磁场方向竖直向下。导线框以向右的初速度 $\text{[math]}$ 进入磁场。

（1）求dc边刚进入磁场时，线框中感应电动势的大小 $\text{[math]}$ ；

（2）求dc边刚进入磁场时，ab边的瞬时电功率 $\text{[math]}$ ；

（3）若导线框能够完全通过磁场区域并继续运动，请在图乙中定性画出导线框所受安培力大小F随时间t变化的图像，并说明安培力随时间变化的原因。

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