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题型：解答题题类：难易度：困难

湖南省常德市第一中学2023-2024学年高二上学期期中考试物理试题（A卷）

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。

举一反三

如图甲，水平面上两根足够长的、电阻可忽略不计的平行金属导轨间距 $\text{[math]}$ ，导轨间两个矩形区域I和Ⅱ的宽度分别为 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ ；区域I和II内有垂直于水平面向上的匀强磁场B₁和B₂ ，其中B₁随时间变化的图像如图乙， $\text{[math]}$ 。导体棒a和b分别垂直导轨放置在I区域MM₁的左侧和II区域的右边缘QQ₁处，在a、b中点处通过绝缘、松弛的轻绳连接。 $\text{[math]}$ 时，a以平行于导轨的初速度 $\text{[math]}$ 向左运动； $\text{[math]}$ 时，绳子瞬间拉直带动b共同运动并匀速通过磁场区域II。已知a、b质量相等、电阻均为 $\text{[math]}$ ， b仅与NP、N₁P₁之间的导轨有摩擦，其他摩擦不计，且b未进入I区域，g取 $\text{[math]}$ ，回路中电流方向以俯视逆时针为正方向。

（1）求 $\text{[math]}$ 内回路的感应电动势大小和感应电流的大小及方向；

（2）求a棒的初速度 $\text{[math]}$ ；

（3）通过计算，在图丙中画出 $\text{[math]}$ 内，回路中电流I随时间变化的图像。

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 $\text{[math]}$ 。

如图甲所示，一导体棒与导线构成闭合回路，然后用绝缘轻绳悬挂在天花板上，空间存在一圆形磁场区域，导体棒刚好与圆的水平直径重合，磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度的大小随时间的变化规律如图乙所示。已知圆形磁场区域的半径为 $\text{[math]}$ ，导体棒的质量为 $\text{[math]}$ 、长度为 $\text{[math]}$ 、电阻 $\text{[math]}$ ，当 $\text{[math]}$ 时绝缘轻绳的张力刚好为零，忽略导线以及轻绳的重力，重力加速度 $\text{[math]}$ 。则下列说法正确的是（　　）

如图，两根足够长的光滑金属轨道互相垂直地固定在水平面内，电阻不计。处于磁感应强度为B的匀强磁场中。将单位长度电阻为r的导体棒与轨道成45°放置于轨道上。 $\text{[math]}$ 时导体棒位于O点位置，在水平拉力作用下，导体棒从O点沿x轴以速度v匀速向右运动。导体棒与轨道的交点为a与b。

（1）t时刻导体棒中电流的大小I和方向；

（2）水平拉力F随时间t变化的关系式F（t）；

（3）分析说明导体棒上产生的焦耳热Q随时间t变化的规律并画出大致图像。

如图三个实验，图甲是法拉第圆盘，圆盘全部处于磁场区域，可绕中心轴转动，通过导线将圆盘圆心和边缘与外面电阻R相连。图乙是阿拉果圆盘，将一铜圆盘水平放置，圆盘可绕中心轴无摩擦转动，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针。图丙是费曼圆盘，一块水平放置的绝缘体圆盘可绕过其中心的竖直轴无摩擦转动，在圆盘的中部有一个线圈，圆盘的边缘固定着若干带负电的金属小球。则（）

如图甲所示，圆心为O、半径为R的光滑绝缘圆管道固定放置在水平面上，PM为圆的一条直径，在P点静止放置一质量为m、电荷量为+q的带电小球。t = 0时刻开始，在垂直于圆管道平面的虚线同心圆形区域内加一随时间均匀变化的磁场，方向垂直纸面向里，磁感应强度大小随时间的变化如图乙所示，t = t₀时刻小球第一次运动到M点。下列说法正确的是（　　）

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