- 二一组卷

题型：解答题题类：难易度：普通

广西部分示范性高中2024-2025学年高三上学期摸底质量检测（开学）物理试题

如图所示，间距为L的平行金属导轨固定在绝缘水平面上，导轨足够长且电阻不计，左端接有阻值为R的定值电阻。质量为m的金属棒放在导轨上，金属棒与平行金属导轨间的动摩擦因数为 $\text{[math]}$ 。整个装置处在垂直于导轨平面向下的匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为B。现对金属棒施加一个平行导轨向右，大小为F的水平拉力，使金属棒从静止开始运动，金属棒运动过程中始终与两导轨垂直并接触良好，金属棒接入电路的电阻为0.5R。重力加速度大小为g。

（1）、求金属棒的最大速度 $\text{[math]}$ ；

（2）、若从金属棒开始运动到金属棒刚好达到最大速度的过程中，电阻R上产生的焦Q，求该过程中金属棒运动的距离x。

举一反三

如图所示，一对平行的粗糙金属导轨固定于同一水平面上，导轨间距L=0.2m，导轨左端接有阻值R=0.2 $\text{[math]}$ 的电阻，右侧平滑连接一对弯曲的光滑轨道，仅在水平导轨的整个区域内存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小B=1.0T。一根质量m=0.4kg，电阻r=0.1 $\text{[math]}$ 的金属棒ab垂直放置于导轨上，金属棒ab在水平向右F=0.8N的恒力作时下从静止开始运动，当金属棒通过位移x=9m时离开磁场，在离开磁场前金属棒ab的速度已达到最大值。当金属棒离开磁场时撤去外力F，接着金属棒沿弯曲轨道向上运动。已知金属棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.1，导轨电阻不计，金属棒在运动过程中始终与导轨垂直且与导轨保持良好接触，取g=10m/s²。求∶

（1）金属棒运动的最大速率v及金属棒沿弯曲轨道上升的最大高度h；

（2）金属棒在磁场中速度为 $\text{[math]}$ 时的加速度大小；

（3）金属棒在磁场区域运动过程中，电阻R上产生的焦耳热。

如图所示，螺线管横截面积为S=10cm² ，线圈匝数为N=100（匝），电阻为R=0.5Ω，管内有水平向右的变化磁场。螺线管与相距L=2m的两竖直放置的光滑金属导轨相连，导轨处于垂直纸面向里、磁感应强度大小为B₀=0.5T的匀强磁场中。金属杆ab垂直导轨，杆与导轨接触良好，已知金属杆ab的质量为m=2kg，电阻也为R，重力加速度g=10m/s²。不计导轨的电阻，不计空气阻力。

（1）为使ab杆保持静止，求通过ab杆的电流的大小和方向；

（2）当ab杆保持静止时，求螺线管内磁场的磁感应强度B的变化率；

（3）若螺线管内磁场的磁感应强度的变化率 $\text{[math]}$ 。将金属杆ab由静止释放；

①求杆的最大速度的大小；

②已知杆从静止到刚达到最大速度的过程中，流过杆的电荷量为q=120C，求该过程中杆的下落时间。

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。