- 二一组卷

题型：多选题题类：难易度：普通

广东省广州市真光中学2024-2025学年高三上学期8月开学质量检测物理试题

磁悬浮电梯是基于电磁原理和磁力驱动使电梯的轿厢悬停及上下运动的，如图甲所示，它主要由磁场和含有导线框的轿厢组成，其原理为：竖直面上相距为b的两根绝缘平行直导轨，置于等距离分布的方向相反的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面，磁感应强度大小均为B，每个磁场分布区间的长度都是a，相间排列，如图乙所示。当这些磁场在竖直方向分别以速度v₁、v₂、v₃向上匀速平动时，跨在两导轨间的宽为b、长为a、总电阻为R的导线框MNPQ（固定在轿厢上）将受到磁场力，从而使轿厢向上运动、向下运动、悬停。不考虑空气阻力和摩擦阻力，下列说法正确的是（　　）

A、轿厢悬停时，导线框中的电流大小为 $\text{[math]}$ B、轿厢系统（含导线框的轿厢）的总质量为 $\text{[math]}$ C、轿厢向上匀速运动时的速度为v₁ D、轿厢向上匀速运动时的速度为v₁-v₃

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，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。

如图所示，水平固定的光滑导轨P、Q的间距为L，方向竖直向上的匀强磁场分布在EFHG区域，磁感应强度大小为B，质量为m、电阻为R、长度为L的导体棒a从磁场左侧边界EF处以大小为 $\text{[math]}$ ，的初速度进入磁场，同时，另一相同的导体棒b从磁场右侧边界GH处以大小为 $\text{[math]}$ 的初速度进入磁场。磁场区域FH足够长，两导体棒未在磁场中相遇，导体棒与导轨始终接触良好，不计导轨电阻。求：

（1）导体棒a进入磁场瞬间回路中的电流I；

（2）导体棒a进入磁场瞬间的加速度大小a。

如图所示，水平面内放置着电阻可忽略不计的金属导轨，其形状满足方程 $\text{[math]}$ ，空间分布者垂直xOy平面向内的匀强磁场。先将足够长的导体棒ab与x轴重合，且关于y轴对称放置，再用沿y轴正向的外力使其由静止开始做匀加速直线运动，导体棒先后经过 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 的位置。若导体棒接入电路的电阻和其长度成正比，运动过程中始终和x轴平行并和导轨接触良好，不计摩擦，下列说法正确的是（　　）

如图所示，两平行光滑金属导轨间距为L，导轨平面与水平面的夹角为 $\text{[math]}$ ，导轨ABCD区域有方向垂直轨道平面，面积为S的有界均匀磁场（图中未画出）；导轨EFNM区域有方向垂直轨道平面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B₀ ，导轨AH、BG及导线AB的电阻不计，导轨HM、GN单位长度电阻为r，质量为m、电阻为R的金属棒P位于EFGH区域的磁场中，与导轨垂直并接触良好，重力加速度为g。

（1）若ABCD区域的磁感应强度大小随时间t变化关系为 $\text{[math]}$ （ $\text{[math]}$ 且为常量），方向垂直轨道平面向上，P棒静止在导轨上，求k₁的大小；

（2）若ABCD区域的磁感应强度大小随时间t变化关系为 $\text{[math]}$ （ $\text{[math]}$ ，且为已知常量），方向垂直轨道平面向下，在 $\text{[math]}$ 时平行导轨向下以某速度释放P棒，P棒能匀加速通过EFGH区域，求P棒的加速度大小；

（3）若撤去ABGH区域的磁场，将GNMH区域的磁场设置为方向垂直轨道平面向上，磁场的磁感应强度大小为 $\text{[math]}$ （ $\text{[math]}$ ，且为已知常量）的均匀磁场；换质量为m、电阻不计的金属棒Q，在 $\text{[math]}$ 时刻从GH处由静止释放，同时施加沿导轨方向向下的外力使Q棒以恒定的加速度a在导轨上滑动，求外力F与时间t的关系表达式。

为了提高能源的利用率，目前国内外的城市轨道交通车辆中，大都采用再生制动方式，即将列车a制动产生的电能转化为待启动状态的列车b的动能，城市轨道交通的启停过程原理如图所示：两足够长粗糙平行金属直导轨MN、PQ的间距为L = 0.5 m固定在同一水平面内，轨道平面内存在磁感应强度大小为B = 1 T、方向竖直向下的匀强磁场，质量为m = 0.5 kg、电阻为R = 6 Ω的均匀金属丝制成一个半径为L = 0.5 m的单匝圆环a，水平放置在两直导轨上，其圆心到两直导轨的距离相等。t = 0时，开关S与1接通，恒流源（提供的电流强度恒为4 A）与金属环a连接，金属环a从静止开始向右做匀加速运动，t₁ = 4 s时刻，将开关S掷向2接通阻值为R₀ = 0.5 Ω定值电阻，同时对金属环a施加外力F，使金属环a做匀减速运动，在t₂ = 6 s时刻金属环a减速至0，已知圆环与导轨的摩擦因数为μ = 0.2，忽略导轨的电阻、金属环的可能形变，金属环均与导轨始终接触良好，重力加速度大小为g = 10 m/s²。求：

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