- 二一组卷

题型：综合题题类：常考题难易度：普通

江苏省宿迁市2020-2021学年高二上学期物理期末考试试卷

如图所示，固定于水平面上的U型金属架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中，金属架间距离l=0.1m，光滑的金属棒MN在水平外力作用下，沿框架向右以v=5m/s的速度做匀速运动。若磁感应强度B₀=0.2T，金属棒MN的电阻R=1Ω，其余部分电阻不计，求：

（1）、MN中感应电流的大小；

（2）、MN所受水平外力的大小和方向；

（3）、若某时刻MN到达的位置恰好使MDEN构成一个边长为0.1m的正方形。从此时开始计时（t=0）并撤去外力，为使MN棒中不产生感应电流，磁感应强度B随时间t应如何变化？请推导出B与t的关系式。

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，间距为d的平行金属长导轨ab和cd固定在水平面内，导轨间存在着等大反向的匀强磁场区域Ⅰ和Ⅱ，磁感应强度大小均为B。两根质量均为m、长度均为d、电阻均为R的金属杆PQ和MN垂直于导轨放置，现使金属杆PQ始终以速度 $\text{[math]}$ 向左做匀速直线运动，某时刻闭合开关K，金属杆MN开始运动，整个过程中金属杆PQ和MN始终分别在磁场区域Ⅰ和Ⅱ中运动。已知从闭合开关K到金属杆MN匀速运动的过程中，通过金属杆MN的电荷量为q，导轨的电阻不计，忽略所有摩擦阻力，求：

如图，间距为L的两根金属导轨平行放置并固定在绝缘水平桌面上，左端接有一定值电阻R，导轨所在平面存在磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场。质量为m的金属棒置于导轨上，在水平拉力作用下从静止开始做匀加速直线运动，一段时间后撤去水平拉力，金属棒最终停在导轨上。已知金属棒在运动过程中，最大速度为v，加速阶段的位移与减速阶段的位移相等，金属棒始终与导轨垂直且接触良好，不计摩擦及金属棒与导轨的电阻，则（　　）

1831年10月，法拉第将一个由紫铜制成的圆盘置于蹄形磁极之间，发明了世界上第一台发电机——法拉第圆盘发电机，其原理图如图所示，圆盘绕水平的轴C在垂直于盘面的匀强磁场中以角速度 $\text{[math]}$ 转动，铜片D与圆盘的边缘接触，圆盘、导线和电阻R连接组成闭合回路，下列说法正确的是（　　）

如图甲所示，无限长的两根通电直导线安装在横放的绝缘直三棱柱架子的 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 两条棱边上（ $\text{[math]}$ ），在架子右侧一条棱边 $\text{[math]}$ 的中点上水平固定一面积为S（面积足够小）、电阻为R的n匝线圈，线圈到 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 的距离分别为 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ，另外将足够长的平行绝缘轨道固定水平地面上（轨道分别位于BC和 $\text{[math]}$ 的延长线上），轨道间距为L。

（1）如果 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 上通电导线的电流大小分别为 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ，方向如图中箭头所示，求线圈中的磁通量（已知通电直导线周围激发的磁场满足关系： $\text{[math]}$ ，其中I为电流大小，r为到直导线的距离，k为某已知常数。另外线圈面积足够小时，通电导线在线圈中激发的磁场可当成匀强磁场）；

（2）如果通电导线在线圈处激发的磁感应强度的竖直分量 $\text{[math]}$ 与时间的关系如图乙所示，图中 $\text{[math]}$ 已知，求0到 $\text{[math]}$ 时间内，流过线圈导线横截面的电荷量；

（3）在第（2）题的前提条件下，已知 $\text{[math]}$ 时刻线圈中磁场方向为竖直向上，假设以俯视观察时逆时针方向为电流正方向。求 $\text{[math]}$ 时间内线圈中的电流瞬时表达式及0到T时间内线圈中电流有效值；

（4）撤去两根通电直导线，现将一质量为m、长度为L、接入轨道部分电阻为R的金属棒ab垂直放置在轨道上，右方还有质量为3m、边长均为L的U形框cdef，其中U形框cdef的电阻为3R。沿绝缘轨道方向建立x轴，虚线与坐标原点O在同一水平线上，虚线EF左侧轨道光滑，让虚线EF右侧所在空间存在竖直向上的磁场，磁感应强度的分布为 $\text{[math]}$ 。现在给金属棒ab一个水平向右的瞬时冲量 $\text{[math]}$ ，一段时间后金属棒ab与U形框发生完全非弹性碰撞，整体进入到EF右侧运动时会受到阻力，阻力大小与速度满足 $\text{[math]}$ ，求ab与U形框整体最终静止时ab边的坐标x及U形框在运动过程中产生的焦耳热 $\text{[math]}$ 。