高考和自主招生物理电磁学模拟压轴题
- 格式:doc
- 大小:854.50 KB
- 文档页数:26
2024届高考全真演练物理情景题压轴汇编-4电磁学一、单项选择题(本题包含8小题,每小题4分,共32分。
在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)(共8题)第(1)题如图所示,轻杆OA与轻杆OB通过光滑铰链安装在竖直墙面上,另一端通过铰链连接于O点。
现将一个质量为m的物块通过轻绳悬挂于O点保持静止,铰链质量忽略不计,已知A、B两点间的距离为L,轻杆OA与轻杆OB长分别为、,重力加速度为g,则( )A.竖直墙对A、B两点铰链的作用力方向垂直墙面向右B.竖直墙对A、B两点铰链的作用力方向斜向上C.轻杆OA对O点铰链的作用力大小为D.轻杆OB对O点铰链的作用力大小为第(2)题自动体外除颤仪(AED)可通过产生如图甲所示的脉冲电流终止致命性心律失常,使心脏恢复跳动。
图乙是某型除颤仪的简化电路,电源为普通交流电源。
某次调试时交流电压表示数为,电容器充电完毕,开关由“1”掷向“2”,放电电流平均值为,放电时间约为,已知电容器电容为。
则下列判断正确的是( )A.升压变压器原副线圈的匝数比约为B.电感L越大,脉冲电流峰值越大C.电容C越小,放电持续时间越长D.脉冲电流作用于不同人体时,电流大小相同第(3)题广场喷泉是城市一道亮丽的风景。
如图,喷口竖直向上喷水,已知喷管的直径为D,水在喷口处的速度为v0.重力加速度为g,不考虑空气阻力的影响,则在离喷口高度为H时的水柱直径为( )A.D B.C.D.第(4)题如图甲所示为电流天平,此装置可以测定螺线管中的磁感应强度。
它的横臂(图乙)能绕转轴自由转动,轴的两侧臂长度相等。
在轴的右侧,沿着横臂的边缘固定着一条U形绝缘导线,天平最右端导线的长度为l。
先调整天平处于平衡,把U形导线端放入待测的磁场中(如图丙所示),给U形导线和螺线管分别通以大小为I和I0的电流。
CD段导线由于受到安培力作用而使天平右臂向下倾斜,在天平的另一端可以加适当的砝码,使天平恢复平衡。
设当地重力加速度。
解:先由电池向电容器充电,充得电量εC Q =0。
之后电容器通过金属杆放电,放电电流是变化电流,安培力BLi F =也是变力。
根据动量定理:mv q BL t BLi t F =∆=∆=∆其中 v =s/t ,h=21gt 2综合得h g sv 2=h g BLmsBL mv q 2==∆电容器最终带电量h g BLms C q Q Q 20-ε=∆-=点评:根据动量定理来研究磁场力冲量产生的效果,实际上就是电量和导体动量变化的关系,这是磁场中一种重要的问题类型。
2、如图,宽度为L =的光滑金属框架MNPQ 固定于水平面内,并处在磁感应强度大小B =,方向竖直向下的匀强磁场中,框架的电阻非均匀分布。
将质量m =,电阻可忽略的金属棒ab 放置在框架上,并与框架接触良好。
以P 为坐标原点,PQ 方向为x 轴正方向建立坐标。
金属棒从x 0=1 m 处以v 0=2m/s 的初速度,沿x 轴负方向做a =2m/s 2的匀减速直线运动,运动中金属棒仅受安培力作用。
求:(1)金属棒ab 运动 m ,框架产生的焦耳热Q ;(2)框架中aNPb 部分的电阻R 随金属棒ab 的位置x 变化的函数关系;(3)为求金属棒ab 沿x 轴负方向运动过程中通过ab 的电量q ,某同学解法为:先算出经过金属棒的运动距离s ,以及时回路内的电阻R ,然后代入q =R=BLsR求解。
指出该同学解法的错误之处,并用正确的方法解出结果。
解析:(1)金属棒仅受安培力作用,其大小F =ma =,金属棒运动,框架中间生的焦耳热等于克服安培力做的功,所以Q =Fs =,(2)金属棒所受安培力为F =BIL ,I =E R =BLv R ,F =B 2L 2vR =ma ,由于棒做匀减速运动,v =v 02-2a (x 0-x ) ,所以R =B 2L 2mav 02-2a (x 0-x ) =x (SI ),(3)错误之处是把时回路内的电阻R代入q=BLsR进行计算,正确解法是q=It,因为F=BIL=ma,q=matBL=,3、航天飞机在地球赤道上空离地面约3000Km处由东向西飞行,相对地面速度大约×103m/s,从航天飞机上向地心方向发射一颗卫星,携带一根长20km,电阻为800Ω的金属悬绳,使这根悬绳与地磁场垂直,作切割磁感线运动。
高考物理电磁感应现象压轴难题试卷含答案一、高中物理解题方法:电磁感应现象的两类情况1.如图所示,一阻值为R 、边长为l 的匀质正方形导体线框abcd 位于竖直平面内,下方存在一系列高度均为l 的匀强磁场区,与线框平面垂直,各磁场区的上下边界及线框cd 边均磁场方向均与线框平面垂水平。
第1磁场区的磁感应强度大小为B 1,线框的cd 边到第1磁区上场区上边界的距离为h 0。
线框从静止开始下落,在通过每个磁场区时均做匀速运动,且通过每个磁场区的速度均为通过其上一个磁场区速度的2倍。
重力加速度大小为g ,不计空气阻力。
求: (1)线框的质量m ;(2)第n 和第n +1个磁场区磁感应强度的大小B n 与B n+1所满足的关系;(3)从线框开始下落至cd 边到达第n 个磁场区上边界的过程中,cd 边下落的高度H 及线框产生的总热量Q 。
【答案】22112B l gh gR ;(2)+12n n B B =;23112(1)2n B l gh - 【解析】 【分析】 【详解】(1)设线框刚进第一个磁场区的速度大小为v 1,由运动学公式得2112v gh =,设线框所受安培力大小为F 1,线框产生的电动势为E 1,电流为I ,由平衡条件得1F mg =由安培力的表达式得11F B Il =,111=E Blv ,1E I R=联立解得 22112B l m gh gR=(2)设线框在第n 和第n +1个磁场区速度大小分别为v n 、v n +1,由平衡条件得22n nB l v mg R = 22+1+1n n B l v mg R=且12n n v v +=联立解得1n n B +=(3)设cd 边加速下落的总距离为h ,匀速下落的总距离为L ,由运动学公式得22nv h g=112n n v v -==2(1)L n l -联立解得2(1)122(1)n H h L h n l -=+=+-由能量守恒定律得2(1)Q mg n l =-联立解得Q =2.如图所示,足够长的U 型金属框架放置在绝缘斜面上,斜面倾角30θ=︒,框架的宽度0.8m L =,质量0.2kg M =,框架电阻不计。
2024届高考高效提分物理情景题压轴汇编-4电磁学一、单选题 (共6题)第(1)题甲图是某燃气灶点火装置的原理图。
转换器将直流电压转换为乙图所示的正弦交流电压,并加在一理想变压器的原线圈上,变压器原、副线圈的匝数分别为、,电压表为理想交流电表。
当变压器副线圈电压的瞬时值大于5000V时,就会在钢针和金属板间引发电火花点燃气体。
开关闭合后,下列说法正确的是()A.时电压表的示数为5VB.电压表的示数始终为C.原线圈中交变流电的频率为50Hz,原线圈中的电流方向每秒改变50次D.若,则可以实现燃气灶点火第(2)题在2022年北京冬奥会上取得好成绩,运动员正在刻苦训练。
如图所示,某次训练中,运动员(视为质点)从倾斜雪道上端的水平平台上以10m/s的速度飞出,最后落在倾角为37°的倾斜雪道上。
取重力加速度大小,,,不计空气阻力。
下列说法正确的是()A.运动员的落点距雪道上端的距离为18mB.运动员飞出后到雪道的最远距离为2.25mC.运动员飞出后距雪道最远时的速度大小为10.5m/sD.若运动员水平飞出时的速度减小,则他落到雪道上的速度方向将改变第(3)题“羲和号”太阳探测卫星首次在轨获取太阳,谱线精细结构,属于:氢原子巴耳末系中的谱线,其光子能量为1.89eV,巴耳末系能级图如图所示,则此谱线来源于太阳中氢原子的( )A.和能级之间的跃迁B.和能级之间的跃迁C.和能级之间的跃迁D.和能级之间的跃迁第(4)题如图所示,将静电计与电容器(图中未画出)相连,可检测带电电容器的两极间的电压变化。
带电静电计的金属指针和圆形金属外壳的空间内存在电场,分别用实线和虚线表示电场线和等势面,该空间内有两点,则( )A.静电计两根金属指针带异种电荷B.图中实线表示电场线,虚线表示等势面C.图中点电势一定高于点电势D.当静电计两指针张角减小时,表明电容器在放电第(5)题来自太阳和其他星体的宇宙射线含有大量高能带电粒子,若这些粒子都到达地面,将会对地球上的生命带来危害.但由于地磁场的存在改变了宇宙射线中带电粒子的运动方向,使得很多高能带电粒子不能到达地面。
高考、自主招生、竞赛物理模拟压轴题1、有一半径为a 、高为4a 、重为G 0的两端开口的薄壁圆筒,现将筒竖放在光滑的水平面上,之后将半径为r ,重为G 的两个完全相同的光滑圆球放入筒内而呈叠放状态,如图所示。
当a <2r <2a 时,试求使圆筒不翻倒的条件。
解:A 、B 球和圆筒的受力如图所示, 由几何关系可得:rra cos -=θ ………① 对A 球,由∑F=0得:21N cos N '=θ ………②G sin N 1=θ …………③对圆筒:由∑F=0得:223N N N '== ……④以C 为轴,刚好不翻转的条件是筒的左端D 处恰好无压力,由∑M=0得:0)sin r 2r (N r N a G 230≥θ+-+ ………⑤ 联立①②③④⑤解得:a)r a (2G G 0-≥ 2、 半径为R 的半球固定在水平面上,其圆弧面光滑。
在距球顶高h 处的O 点,固定绳的一端,长L 的绳的另一端拴一重力G 的小球,小球静置在半球面上(图7)。
求小球对绳的拉力T 和对半球的压力N 。
解析:把重力G 分解,两分力分别沿绳的方向和沿球的半径方向(见原图)。
虽然题中没有任何角度的条件,但边的条件很多。
注意到G 、T 和N 所构成的三角形与边长分别为(h+R )、L 和R 所构成的三角形相似,故有得,3、如图所示,一个质量为m 的小球,从内壁为半球形的容器边缘点A 滑下.设容器质量为m′,半径为R,内壁光滑,并放置在摩擦可以忽略的水平桌面上.开始时小球和容器都处于静止状态.当小球沿内壁滑到容器底部的点B 时,受到向上的支持力为多大?解析 由于桌面无摩擦,容器可以在水平桌面上滑动,当小球沿容器内壁下滑时,容器在桌面上也要发生移动.将小球与容器视为系统,该系统在运动过程中沿水平桌面方向不受外力作用,系统在该方向上的动量守恒;若将小球、容器与地球视为系统,因系统无外力作用,而内力中重力是保守力,而支持力不作功,系统的机械能守恒.由两个守恒定律可解得小球和容器在惯性系中的速度.由于相对运动的存在,小球相对容器运动的轨迹是圆,而相对桌面运动的轨迹就不再是圆了,因此,在运用曲线运动中的法向动力学方程求解小球受力时,必须注意参考系的选择.若取容器为参考系(非惯性系),小球在此参考系中的轨迹仍是容器圆弧,其法向加速度可由此刻的速度(相对于容器速度)求得.在分析小球受力时,除重力和支持力外,还必须计及它所受的惯性力.小球位于容器的底部这一特殊位置时,容器的加速度为零,惯性力也为零.这样,由法向动力学方程求解小球所受的支持力就很容易了.若仍取地面为参考系(惯性系),虽然无需考虑惯性力,但是因小球的轨迹方程比较复杂,其曲率半径及法向加速度难以确定,使求解较为困难.根据水平方向动量守恒定律以及小球在下滑过程中机械能守恒定律可分别得0='-'m m m m v v (1)mgR m m m ='+'222121v v v (2) 式中v m 、v m′分别表示小球、容器相对桌面的速度.由式(1)、(2)可得小球到达容器底部时小球、容器的速度大小分别为m m gRm m '+'=2vm m gRm m m m '+''='2v由于小球相对地面运动的轨迹比较复杂,为此,可改为以容器为参考系(非惯性系).在容器底部时,小球相对容器的运动速度为()gR m m m m m m m m 2⎪⎭⎫⎝⎛''+=+=--='''v v v v v (3)在容器底部,小球所受惯性力为零,其法向运动方程为Rm mg F mN 2v '=- (4)由式(3)、(4)可得小球此时所受到的支持力为⎪⎭⎫ ⎝⎛'+=m m mg F N 234、 如图1所示:已知F = 4N ,m 1 = 0.3kg ,m 2 = 0.2kg ,两物体与水平面的的摩擦因素匀为0.2.求质量为m 2的物体的加速度及绳子对它的拉力.(绳子和滑轮质量均不计)[解答]利用几何关系得两物体的加速度之间的关系为a 2 = 2a 1,而力的关系为T 1 = 2T 2. 对两物体列运动方程得T 2 - μm 2g = m 2a 2, F – T 1 – μm 1g = m 1a 1. 可以解得m 2的加速度为 12212(2)/22F m m ga m m μ-+=+= 4.78(m·s -2),绳对它的拉力为2112(/2)/22m T F m g m m μ=-+= 1.35(N).5、地球质量为M ,半径为 R ,自转角速度为ω,万有引力恒量为 G ,如果规定物体在离地球无穷远处势能为 0,则质量为 m 的物体离地心距离为 r 时,具有的万有引力势能可表示为 E p = -GrMm.国际空间站是迄今世界上最大的航天工程,它是在地球大气层上空地球飞行的一个巨大的人造天体,可供宇航员在其上居住和进行科学实验.设空间站离地面高度为 h ,如果在该空间站上直接发射一颗质量为 m 的小卫星,使其能到达地球同步卫星轨道并能在轨道上正常运行,则该卫星在离开空间站时必须具有多大的动能?解析:由G 2rMm =r m v 2得,卫星在空间站上的动能为 E k =21 mv 2 =G)(2h R Mm+。
2024届高考高效提分物理情景题压轴汇编-4电磁学一、单项选择题(本题包含8小题,每小题4分,共32分。
在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)(共8题)第(1)题古有“长袖善舞”之说,水袖的文化源远流长,逐渐发展为一门独立的表演艺术,可将其简化为如下模型。
将一段重水袖A和一段轻水袖B连接起来,再将其放在光滑的水平玻璃面上,在重水袖左端抖动一下产生如图甲所示的入射波,图乙是波经过交界点之后的某一时刻首次出现的波形。
返回重水袖的为反射波,在轻水袖上传播的为透射波。
可以判断( )A.入射波和反射波的速度大小不等B.入射波和透射波的速度大小相等C.反射波和透射波的速度大小不等D.入射波和透射波的频率不等第(2)题质量为的物体放置在水平桌面上,物体与水平桌面间的动摩擦因数为,重力加速度。
现对物体施加一水平外力F,使其做直线运动,物体的速度时间图像如图所示,则下列判断正确的是( )A.内物体位移的大小为B.内物体的平均速度为C.内外力F的冲量大小为D.内外力F做的功为第(3)题年世界泳联锦标赛中,中国军团以枚金牌的成绩力压美国,位列金牌榜第一名。
若把运动员从起跳到接触水面的运动看成匀变速直线运动,某运动员从距离水面某一高度处的跳板上竖直向上跳起,起跳时开始计时,取竖直向下为正方向,速度传感器记录运动员的速度随时间变化的图像如图所示,下列说法正确的是( )A.0~t1时间内运动员处于上升阶段B.运动员在时刻接触水面C.运动员在水中时,最深处的加速度最大D.运动员潜入水中的深度等于第(4)题如图所示,有一束平行于等边三棱镜截面ABC的复色光从空气射向AB边的中点D,经三棱镜折射后分为a、b两束单色光,单色光a偏折到BC边的中点E,单色光b偏折到F点,则下列说法正确的是()A.a光的折射率大于b光的折射率B.在棱镜中a光的传播速度大于b光的传播速度C.分别通过同一双缝干涉装置,a光的相邻亮条纹间距大D.若a光恰好能使某种金属发生光电效应,则b光也能使该金属发生光电效应第(5)题在太阳内部发生的核反应方程有,则X是( )A.光子B.中子C.质子D.正电子第(6)题如图所示,测试汽车安全气囊的实验中,汽车载着模型人以80km/h的速度撞向刚性壁障,汽车速度瞬间减为0。
高考物理电磁感应现象压轴题专项复习及答案解析一、高中物理解题方法:电磁感应现象的两类情况1.如图,垂直于纸面的磁感应强度为B ,边长为 L 、电阻为 R 的单匝方形线圈 ABCD 在外力 F 的作用下向右匀速进入匀强磁场,在线圈进入磁场过程中,求: (1)线圈进入磁场时的速度 v 。
(2)线圈中的电流大小。
(3)AB 边产生的焦耳热。
【答案】(1)22FR v B L =;(2)F I BL=;(3)4FL Q =【解析】 【分析】 【详解】(1)线圈向右匀速进入匀强磁场,则有F F BIL ==安又电路中的电动势为E BLv =所以线圈中电流大小为==E BLvI R R 联立解得22FRv B L =(2)根据有F F BIL ==安得线圈中的电流大小F I BL=(3)AB 边产生的焦耳热22()4AB F R L Q I R t BL v==⨯⨯ 将22FRv B L =代入得 4FL Q =2.如图所示,两根粗细均匀的金属棒M N 、,用两根等长的、不可伸长的柔软导线将它们连接成闭合回路,并悬挂在光滑绝缘的水平直杆上,并使两金属棒水平。
在M 棒的下方有高为H 、宽度略小于导线间距的有界匀强磁场,磁感应强度为B ,磁场方向垂直纸面向里,此时M 棒在磁场外距上边界高h 处(h <H ,且h 、H 均为未知量),N 棒在磁场内紧贴下边界。
已知:棒M 、N 质量分别为3m 、m ,棒在磁场中的长度均为L ,电阻均为R 。
将M 棒从静止释放后,在它将要进入磁场上边界时,加速度刚好为零;继续运动,在N 棒未离开磁场上边界前已达匀速。
导线质量和电阻均不计,重力加速度为g : (1)求M 棒将要进入磁场上边界时回路的电功率;(2)若已知M 棒从静止释放到将要进入磁场的过程中,经历的时间为t ,求该过程中M 棒上产生的焦耳热Q ;(3)在图2坐标系内,已定性画出从静止释放M 棒,到其离开磁场的过程中“v -t 图像”的部分图线,请你补画出M 棒“从匀速运动结束,到其离开磁场”的图线,并写出两纵坐标a 、b 的值。
2022年高考物理压轴题预测之电磁综合计算题压轴题物理考试注意事项:1、填写答题卡的内容用2B铅笔填写2、提前xx 分钟收取答题卡第Ⅱ卷主观题第Ⅱ卷的注释(共16题;共185分)1.(15分)如图甲所示,两条相距l=2m的水平粗糙导轨左端接一定值电阻R=1Ω,t=0s时,一质量m=2kg、阻值为r的金属杆,在水平外力的作用下由静止开始向右运动,5s末到达MN,MN右侧为一匀强磁场,磁感应强度B=0.5T,方向垂直纸面向内。
当金属杆到达MN(含MN)后,保持外力的功率P不变,金属杆进入磁场8s末开始做匀速直线运动。
整个过程金属杆的v—t图像如图乙所示若导轨电阻忽略不计,杆和导轨始终垂直且接触良好,两者之间的动摩擦因数μ=0.1,重力加速度g=10m/s2。
(1)(5分)求金属杆进入磁场后外力F的功率P;(2)(5分)若前8s回路产生的总焦耳热为51J,求金属杆在磁场中运动的位移大小;(3)(5分)求定值电阻R与金属杆的阻值r的比值。
2.(10分)(18分)平面直角坐标系xOy中,第Ⅰ象限存在垂直于平面向里的匀强磁场,第Ⅰ现象存在沿y轴负方向的匀强电场,如图所示。
一带负电的粒子从电场中的Q点以速度v0沿x轴正方向开始运动,Q点到y 轴的距离为到x轴距离的2倍。
粒子从坐标原点O离开电场进入电场,最终从x轴上的P点射出磁场,P点到y轴距离与Q点到y轴距离相等。
不计粒子重力,为:(1)(5分)粒子到达O点时速度的大小和方向;(2)(5分)电场强度和磁感应强度的大小之比。
3.(15分)电磁轨道炮利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度,其原理可用来研制新武器和航天运载器。
电磁轨道炮示意如图,图中直流电源电动势为E,电容器的电容为C。
两根固定于水平面内的光滑平行金属导轨间距为l,电阻不计。
炮弹可视为一质量为m、电阻为R的金属棒MN,垂直放在两导轨间处于静止状态,并与导轨良好接触。
首先开关S接1,使电容器完全充电。
2024届高考高效提分物理情景题压轴汇编-4电磁学一、单选题 (共7题)第(1)题如图所示,在一条直线上有两个相距0.4m的点电荷A、B,A带电荷量为+Q,B带电荷量为-9Q。
现引入第三个点电荷C,恰好使三个点电荷均在库仑力的作用下处于平衡状态(假设三个点电荷只受库仑力作用),则C的带电性质及位置应为( )A.正,B的右边0.4m处B.正,B的左边0.2m处C.负,A的左边0.2m处D.负,A的右边0.2m处第(2)题如图甲为游乐场的旋转飞椅,当中心转柱旋转后,所有飞椅均在同一水平内做匀速圆周运动。
为了研究飞椅的运动,某同学建立的简化模型如图乙所示,质量为的球,被长为细绳悬挂,悬挂点距转轴距离为,当中心转柱以恒定角速度旋转时,细绳与竖直方向的夹角为,重力加速度取,,,则( )A.球的质量越大,角越小B.球的动能为C.球所受的合外力为0D.若中心转柱的转速减少时,细绳对球做正功第(3)题如图,带正电小球P固定在绝缘地面上,另一带正电小球Q从P球正上方竖直下落,依次经过a、b、c三点,ab、bc间距相等,将两球均视作点电荷,Q球在( )A.ab间动能变化量大B.ab间电势能变化量大C.bc间机械能变化量大D.bc间重力势能变化量大第(4)题在光滑绝缘的水平面上有A、B、C三点,构成一个边长为a的正三角形,O点是正三角形的中心,D、E、F分别是AB、BC、CA的中点。
在A、B、C三点分别固定有电荷量均为+q的点电荷,k为静电力常量,下列说法正确的是( )A.D、E、F三点的电场强度相同B.A点的点电荷所受的库仑力大小为C.若将另一电荷量为+q的点电荷轻放于O点,它将向C点运动D.若将另一电荷量为+q的点电荷从D点移到E点,再从E点移到F点此电荷的电势能将增加第(5)题有一颗绕地球做匀速圆周运动的卫星,其运行周期T是地球近地卫星周期的倍,卫星轨道平面与地球赤道平面重合,卫星上装有太阳能收集板可以把光能转化为电能,提供卫星工作所必须的能量,已知sin37°=0.6,sin53°=0.8,近似认为太阳光是垂直地轴的平行光,卫星运转一周接收太阳能的时间为t,则的值为( )A.B.C.D.第(6)题一定质量的理想气体从状态A缓慢经过状态B、C、D再回到状态A,其热力学温度T和体积V的关系图像如图所示,BA和CD的延长线均过O点,气体在状态A时的压强为p0,下列说法正确的是( )A.A→B过程中气体向外界放热B.B→C过程中气体从外界吸收的热量小于C.C→D过程中气体分子在单位时间内对单位面积容器壁的碰撞次数减少D.D→A过程中气体的温度升高了第(7)题某同学在“探究电磁感应的产生条件”的实验中,设计了如图所示的装置:线圈A通过电流表甲、高阻值的电阻R′、滑动变阻器R和开关S连接到干电池上,线圈B的两端接到另一个电流表乙上,两个电流表相同,零刻度居中。
2024届高考全真演练物理情景题压轴汇编-4电磁学(基础必刷)一、单项选择题(本题包含8小题,每小题4分,共32分。
在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)(共8题)第(1)题如图所示,北京时间2024年3月2日,神舟十七号航天员汤洪波、唐胜杰、江新林密切协同,在地面科研人员的配合支持下,进行了约8小时的出舱活动,完成既定任务。
为了保证出舱宇航员的安全,通常会采用多重保障,其中之一就是出舱宇航员要背上可产生推力的便携式设备,装备中有一个能喷出气体的高压气源。
假设一个连同装备共有的航天员,脱离空间站后,在离空间站的位置与空间站处于相对静止的状态。
航天员为了返回空间站,先以相对空间站的速度向后喷出的气体距离空间站时,再次以同样速度喷出同等质量的气体,则宇航员返回空间站的时间约为( )A.200s B.300s C.400s D.600s第(2)题如图所示,内壁光滑的绝热汽缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体,初始时汽缸开口向上放置,活塞处于静止状态,将汽缸缓慢转动过程中,缸内气体()A.内能增加,外界对气体做正功B.内能减小,所有分子热运动速率都减小C.温度降低,速率大的分子数占总分子数比例减少D.温度升高,速率大的分子数占总分子数比例增加第(3)题移动支付已经成了中国的一个名片,常见的移动支付有微信支付、支付宝等.微信支付的流程有多种,可以是商家提供一个二维码,支付方用手机扫码后输入金额、密码并确认即可完成支付;也可以由支付方打开微信点击“我”、“钱包”、“收付款”向商家提供一个条形码,商家输入金额后用红外扫码器扫描条形码并完成相应的操作即可完成支付.下列说法正确的是A.商家提供的二维码含有商家账户信息B.商家提供的二维码含有商家账户信息和支付金额信息C.支付方提供的条形码含有支付金额信息D.支付方提供的条形码含有商家账户信息第(4)题甲、乙两车的位移-时间关系图象如图所示,两图线在时相切于点。
1、距地面h 高处1水平放置距离为L 的两条光滑金属导轨,跟导轨正交的水平方向的线路上依次有电动势为ε的电池,电容为C 的电容器及质量为m 的金属杆,如图3-3-5,单刀双掷开关S 先接触头1,再扳过接触头2,由于空间有竖直向下的强度为B 的匀强磁场,使得金属杆水平向右飞出做平抛运动。
测得其水平射程为s ,问电容器最终的带电量是多少?分析:开关S 接1,电源向电容器充电,电量ε=C Q 0。
S 扳向2,电容器通过金属杆放电,电流通过金属杆,金属杆受磁场力向右,金属杆右边的导轨极短,通电时间极短,电流并非恒定,力也就不是恒力。
因此不可能精确计算每个时刻力产生的效果,只能关心和计算该段短时间变力冲量的效果,令金属杆离开导轨瞬间具有了水平向右的动量。
根据冲量公式q BL t BLi t F ∆=∆=∆,跟安培力的冲量相联系的是t ∆时间内流经导体的电量。
由平抛的高度与射程可依据动量定理求出q ∆,电容器最终带电量可求。
解:先由电池向电容器充电,充得电量εC Q =0。
之后电容器通过金属杆放电,放电电流是变化电流,安培力BLi F =也是变力。
根据动量定理:mv q BL t BLi t F =∆=∆=∆其中 v =s/t ,h=21gt 2综合得h g s v 2= h gBLms BL mv q 2==∆图3-3-5电容器最终带电量 h g BL ms C q Q Q 20-ε=∆-= 点评:根据动量定理来研究磁场力冲量产生的效果,实际上就是电量和导体动量变化的关系,这是磁场中一种重要的问题类型。
2、如图,宽度为L =的光滑金属框架MNPQ 固定于水平面内,并处在磁感应强度大小B =,方向竖直向下的匀强磁场中,框架的电阻非均匀分布。
将质量m =,电阻可忽略的金属棒ab 放置在框架上,并与框架接触良好。
以P 为坐标原点,PQ 方向为x 轴正方向建立坐标。
金属棒从x 0=1 m 处以v 0=2m/s 的初速度,沿x 轴负方向做a =2m/s 2的匀减速直线运动,运动中金属棒仅受安培力作用。
求:(1)金属棒ab 运动 m ,框架产生的焦耳热Q ;(2)框架中aNPb 部分的电阻R 随金属棒ab 的位置x 变化的函数关系;(3)为求金属棒ab 沿x 轴负方向运动过程中通过ab 的电量q ,某同学解法为:先算出经过金属棒的运动距离s ,以及时回路内的电阻R ,然后代入q =R =BLs R求解。
指出该同学解法的错误之处,并用正确的方法解出结果。
解析: (1)金属棒仅受安培力作用,其大小F =ma =,金属棒运动,框架中间生的焦耳热等于克服安培力做的功,所以Q =Fs =, (2)金属棒所受安培力为F =BIL ,I =E R =BLv R ,F =B 2L 2v R=ma ,由于棒做匀减速运动,v =v 02-2a (x 0-x ) ,所以R =B 2L 2ma v 02-2a (x 0-x ) =x (SI ), (3)错误之处是把时回路内的电阻R 代入q =BLs R进行计算,正确解法是q =It ,因为F =BIL =ma ,q =mat BL=, 3、航天飞机在地球赤道上空离地面约3000Km 处由东向西飞行,相对地面速度大约×103m/s ,从航天飞机上向地心方向发射一颗卫星,携带一根长20km ,电阻为800Ω的金属悬绳,使这根悬绳与地磁场垂直,作切割磁感线运动。
假设这一范围内的地磁场是均匀的,磁感应强度为4×10-5T ,且认为悬绳上各点的切割速度和航天飞机的速度相同。
根据理论设计,通过电离层(由等离子体组成)的作用,悬绳可产生约3A 的感应电流,试求:(1)金属悬绳中产生的感应电动势;(2)悬绳两端的电压;(3)航天飞机绕地球运行一圈,悬绳输出的电能(已知地球半径为6400km )解析:(1)金属悬绳中产生的感应电动势为(2)悬绳两端的电压(3)航天飞机绕地球运行一圈,所需时间为T 。
有航天飞机绕地球运行一圈,悬绳输出的电能为4、如图3正交电磁场中,质量m 、带电量+q 粒子由一点P 静止释放,分析它的运动。
分析:粒子初速为零释放,它的运动轨迹是如图3所示的周期性的曲线。
初速为零,亦可看成是向右的0v 与向左-0v 两个运动的合运动,其中0v 大小为:0v =E/B所以+q 粒子可看成是向右0v 匀速直线运动和逆时针的匀速圆周运动的合运动。
电场方向上向下最大位移R d m 2=20qB mE qB mv R ==22qB mEd m =一个周期向右移动距离L 即PP 1之距为T v L ⋅=0qB mT π2=图3图3-4-11代入,得:22qB mE L π=最低点Q 点速度 02v v Q =5、如图所示,在方向竖直向上的磁感应强度为B 的匀强磁场中有两条光滑固定的平行金属导轨MN 、PQ ,导轨足够长,间距为L ,其电阻不计,导轨平面与磁场垂直,ab 、cd 为两根垂直于导轨水平放置的金属棒,其接入回路中的电阻分别为R ,质量分别为m ,与金属导轨平行的水平细线一端固定,另一端与cd 棒的中点连接,细线能承受的最大拉力为T ,一开始细线处于伸直状态,ab 棒在平行导轨的水平拉力F 的作用下以加速度a 向右做匀加速直线运动,两根金属棒运动时始终与导轨接触良好且与导轨相垂直。
(1)求经多长时间细线被拉断?(2)若在细线被拉断瞬间撤去拉力F ,求两根金属棒之间距离增量△x 的最大值是多少?解析:(1)ab 棒以加速度a 向右运动,经t 时间细线被拉断,当细线断时,ab 棒运动的速度为v ,产生的感应电动势为 E = BLv , v =at 回路中的感应电流为2E I R= cd 棒受到的安培力为 T =BIL 联立解得222RT t B L a =(2)当细线断时,ab 棒运动的速度为v ,细线断后,ab 棒做减速运动,cd 棒做加速运动,两棒之间的距离增大,当两棒达相同速度'v 而稳定运动时,两棒之间的距离增量△x 达到最大值,整个过程回路中磁通量的变化量为φ∆= BL△x 通过该回路的电量2BL x q I t R R φ∆∆=⋅∆==总 由动量守恒定律得2m m '=v v对于cd 棒,由动量定理得BIL t m '∆=v 故通过该回路的电量m q '=v BL联立解得4422LR T mR x =∆ 6、如图甲所示, 光滑且足够长的平行金属导轨MN 、PQ 固定在同一水平面上,两导轨间距L=。
导轨电阻忽略不计,其间连接有固定电阻R=Ω。
导轨上停放一质量m=、电阻r=Ω的金属杆ab ,整个装置处于磁感应强度B=的匀强磁场中,磁场方向竖直向下。
利用一外力F 沿水平方向拉金属杆ab ,使之由静止开始运动,电压传感器可将R 两端的电压U 即时采集并输入电脑,获得电压U 随时间t 变化的关系如图乙所示。
(1)试证明金属杆做匀加速直线运动,并计算加速度的大小;(2)求第2s 末外力F 的瞬时功率;(3)如果水平外力从静止开始拉动杆2s 所做的功为,求回路中定值电阻R 上产生的焦耳热是多少。
解析:(1)设路端电压为U ,杆的运动速度为v ,有1v .0rR BlvR r R R E U =+=+⨯=(2分) 由图乙可得 U= (2分)所以速度 v=1 t (2分)因为速度v 正比于时间t ,所以杆做匀加速直线运动 ,且加速度 a=1m/s 2 (2分) (用其他方法证明可参照给分)(2)在2s 末,v=at=2m/s , 杆受安培力 075N .0rR v (Bl)BIl F 2=+==' (2分) 由牛顿第二定律,对杆有 ma F F ='-,得拉力F= (2分)故2s 末的瞬时功率 P=Fv= (2分)(3) 在2s 末, 杆的动能 2J .0mv 21E 2k == 由能量守恒定律,回路产生的焦耳热 Q=W-E k = (3分)根据 Q=I 2Rt ,有 rR R Q Q R += 故在R 上产生的焦耳热 067J .0rR R Q Q R =+= 7、如图所示,MN 、PQ 为间距L =足够长的平行导轨,NQ ⊥MN 。
导轨平面与水平面间的夹角θ=37°,NQ 间连接有一个R =5Ω的电阻。
有一匀强磁场垂直于导轨平面,磁感强度为B 0=1T 。
将一根质量为m =的金属棒ab 紧靠NQ 放置在导轨上,且与导轨接触良好,导轨与金属棒的电阻均不计。
现由静止释放金属棒,金属棒沿导轨向下运动过程中始终与NQ 平行。
已知金属棒与导轨间的动摩擦因数μ=,当金属棒滑行至cd 处时已经达到稳定速度,cd 距离NQ 为s =1m 。
试解答以下问题:(g =10m/s 2,sin37°=,cos37°=)(1)请定性说明金属棒在达到稳定速度前的加速度和速度各如何变化?(2)当金属棒滑行至cd 处时回路中的电流多大?(3)金属棒达到的稳定速度是多大?(4)若将金属棒滑行至cd 处的时刻记作t =0,从此时刻起,让磁感强度逐渐减小,可使金属棒中不产生感应电流,则磁感强度B 应怎样随时间t 变化(写出B 与t 的关系式)?解析:(1)在达到稳定速度前,金属棒的加速度逐渐减小,速度逐渐增大。
(2分)(2)达到稳定速度时,有 0A F B IL =(1分) sin cos A mg F mg θμθ=+(1分) ()()0sin 37cos370.05100.60.50.80.2A 10.5mg I B L μ-⨯⨯-⨯===⨯o o (2分) (3)0E B Lv =、E I R= (2分) 00.25/2m/s 10.5IR v m s B L ⨯===⨯ (2分)(4)当回路中的总磁通量不变时,金属棒中不产生感应电流。
此时金属棒将沿导轨匀加速运动。
sin cos mg mg ma θμθ-=()()22sin cos 100.60.50.8/2/a g m s m s θμθ=-=⨯-⨯=(2分)2012B Ls BL s vt at ⎛⎫=++ ⎪⎝⎭ 0222111112212B s B T T t t t t s vt at ⨯===++++++8、如图4-2-5所示,AB 是一根裸导线,单位长度的电阻为0R ,一部分弯曲成半径为0r 的圆圈,圆圈导线相交处导电接触良好。
圆圈所在区域有与圆圈平面垂直的均匀磁场,磁感强度为B 。
导线一端B 点固定,A 端在沿BA 方向的恒力F 作用下向右缓慢移动,从而使圆圈缓慢缩小。
设在圆圈缩小过程中始终保持圆的形状,设导体回路是柔软的,试求此圆圈从初始的半径0r 到完全消失所需时间T 。
分析:在恒力F 拉动下,圆圈不断缩小,使其磁通量发生变化,产生感应电动势,由于交叉点处导线导电良好,所以圆圈形成闭合电路,产生感应电流。