河北省承德市第一中学高考物理复习 专题八 电场与磁场

河北省承德一中高中物理质谱仪和磁流体发电机压轴题易错题一、高中物理解题方法：质谱仪和磁流体发电机1．质谱仪是一种测定带电粒子的质量及分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示，离子源S 产生的各种不同正离子束（速度可看成为零），经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P 上，设离子在P 上的位置到入口处1S 的距离为x ．（1）设离子质量为m 、电荷量为q 、加速电压为U 、磁感应强度大小为B ，求x 的大小．（2）氢的三种同位素11H 、21H 、31H 从离子源S 出发，到达照相底片的位置距入口处1S 的距离之比H D T ::x x x 为多少？ 【答案】（122mUB q2）23【解析】 【详解】（1）离子在电场中被加速时，由动能定理212qU mv =进入磁场时洛伦兹力提供向心力，2mv qvB r=，又2x r =，由以上三式得22mUx B q=（2）氢的三种同位素的质量数分别为1、2、3，由（1）结果知，::23H D T H D T x x x m m m ==2．质谱仪是研究同位素的重要仪器，如图所示为质谱仪原理示意图。

设粒子质量为m 、电荷量为q ，从S 1无初速度进入电场，加速电场电压为U ，之后垂直磁场边界进入匀强磁场，磁感应强度为B 。

不计粒子重力。

求：（1）粒子进入磁场时的速度是多大？ （2）打在底片上的位置到S 3的距离多大？ （3）粒子从进入磁场到打在底片上的时间是多少？【答案】（12qUm（222mU B q （3）m qB π【解析】 【详解】（1）粒子在加速电场中运动，有：212qU mv = 得粒子进入磁场时的速率为：2qUv m=（2）设粒子在磁场中运动的轨道半径为r ，有：2v qvB m r＝ 打在底片上的位置到S 3的距离：d=2r得：22mUd B q=（3）粒子在磁场中运动的周期为：22r mT v qBππ== 所求时间为： 2T mt qBπ==3．质谱仪是分离和检测不同同位素的仪器，由静电分析器和磁分析器等组成的质谱仪如图所示。

高考物理承德电磁学知识点之静电场基础测试题附答案一、选择题1．a 、b 、c 、d 是匀强电场中的四个点，它们正好是一个矩形的四个顶点．电场线与矩形所在的平面平行．已知a 点的电势是20V ，b 点的电势是24V ，d 点的电势是4V ，如图．由此可知，c 点的电势为（ ）A ．4VB ．8VC ．12VD ．24V2．如图所示，某电场中的一条电场线，一电子从a 点由静止释放，它将沿电场线向b 点运动，下列有关该电场的判断正确的是( )A ．该电场一定是匀强电场B ．场强E a 一定小于E bC ．电子具有的电势能E p a 一定大于E p bD ．电势φa >φb3．如图所示的电场中，虚线a 、b 、c 为三个等势面，相邻等势面之间的电势差相等，即ab BC U U ，一带负电的质点仅在电场力的作用下通过该区域时的运动轨迹如实线所示，P 、Q 是这条轨迹上的两点，由此可知A ．a 、b 、c 三个等势面中，a 的电势最高B ．带电质点在P 点的动能比在Q 点大C ．带电质点在P 点的电势能比在Q 点小D ．带电质点在P 点时的加速度比在Q 点小4．如图所示，虚线a 、b 、c 代表电场中三个等势面，相邻等势面之间的电势差相同．实线为一带正电的质点仅在电场力作用下通过该区域的运动轨迹，P 、Q 是这条轨迹上的两点，由此可知( )A．三个等势面中，c等势面电势高B．带电质点通过Q点时动能较小C．带电质点通过P点时电势能较大D．带电质点通过Q点时加速度较大5．如图所示，水平放置的平行板电容器，上板带负电，下板带正电，断开电源后一带电小v水平射入电场，且沿下板边缘飞出，若下板不动，将上板上移一小段距离，小球以速度v从原处飞入，则带电小球（）球仍以相同的速度A．将打在下板中央B．仍沿原轨迹由下板边缘飞出C．不发生偏转，沿直线运动D．若上板不动，将下板下移一段距离，小球可能打在下板的中央6．如图所示，将一带电小球A通过绝缘细线悬挂于O点，细线不能伸长。

河北省承德市第一中学物理第十三章电磁感应与电磁波专题试卷一、第十三章电磁感应与电磁波初步选择题易错题培优（难）1．如下左图所示，足够长的直线ab靠近通电螺线管，与螺线管平行．用磁传感器测量ab 上各点的磁感应强度B，在计算机屏幕上显示的大致图象是( )A．B．C．D．【答案】C【解析】试题分析：通电螺线管的磁场分布相当于条形磁铁，根据磁感线的疏密程度来确定磁感应强度的大小．解：通电螺线管的磁场分布相当于条形磁铁，因此根据磁感线的分布，再由磁感线的疏密程度来确定磁感应强度的大小可知，因为ab线段的长度大于通电螺线管的长度，由条形磁铁磁感线的分布，可知应该选C，如果ab线段的长度小于通电螺线管的长度，则应该选B．由于足够长的直线ab，故C选项正确，ABD错误；故选C点评：考查通电螺线管周围磁场的分布，及磁感线的疏密程度来确定磁感应强度的大小，本题较简单但会出错．2．当导线中分别通以图示方向的电流，小磁针静止时北极指向读者的是（）A．B．C．D．【答案】C【解析】【分析】【详解】A、通电直导线电流从左向右，根据右手螺旋定则，则有小磁针所处的位置磁场方向垂直纸面向里，所以小磁针静止时北极背离读者，故A错误；B、如图所示，根据右手螺旋定则，磁场的方向逆时针（从上向下看），因此小磁针静止时北极背离读者，故B错误；C、环形导线的电流方向如图所示，根据右手螺旋定则，则有小磁针所处的位置磁场方向垂直纸面向外，所以小磁针静止时北极指向读者，故C正确；D、根据右手螺旋定则，结合电流的方向，则通电螺线管的内部磁场方向，由右向左，则小磁针的静止时北极指向左，故D错误；3．在物理学的发展过程中，许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步．下列表述符合物理学史实的是（）A．法拉第首先引入电场线和磁感线，极大地促进了人类对电磁现象的研究B．伽利略猜想自由落体的运动速度与下落时间成正比，并直接用实验进行了验证C．牛顿利用“理想斜面实验”推翻了“力是维持物体运动的原因”的观点D．胡克认为弹簧的弹力与弹簧的长度成正比【答案】A【解析】【详解】A、法拉第首先引入电场线和磁感线，极大地促进了他对电磁现象的研究，故A正确；B、伽利略用数学和逻辑推理得出了自由落体的速度与下落时间成正比，而不是直接用实验验证这个结论．故B错误．C、伽利略利用“理想斜面实验”推翻了“力是维持物体运动的原因”的观点，故C错误；D、胡克认为弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比，故D错误.故选A.【点睛】本题考查物理学史，是常识性问题，对于物理学上重大发现、发明、著名理论要加强记忆，这也是考试内容之一．4．如图所示，三根完全相同的通电直导线a、b、c平行固定，三根导线截面的连线构成一等边三角形，O 点为三角形的中心，整个空间有磁感应强度大小为B 、方向平行于等边三角形所在平面且垂直bc 边指向a 的匀强磁场。

高考物理承德电磁学知识点之磁场基础测试题附答案一、选择题1．如图所示，套在足够长的绝缘粗糙直棒上的带正电小球，其质量为m、带电荷量为q，小球可在棒上滑动，现将此棒竖直放入沿水平方向的且互相垂直的匀强磁场和匀强电场(图示方向)中．设小球带电荷量不变，小球由棒的下端以某一速度上滑的过程中一定有()A．小球加速度一直减小B．小球的速度先减小，直到最后匀速C．杆对小球的弹力一直减小D．小球受到的洛伦兹力一直减小2．如图所示，台秤上放一光滑平板，其左边固定一挡板，一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来，此时台秤读数为N1，现在磁铁上方中心偏左位置固定一通电导线，电流方向如图，当加上电流后，台秤读数为N2，则以下说法正确的是（）A．N1＞N2,弹簧长度将变长B．N1＞N2,弹簧长度将变短C．N1＜N2,弹簧长度将变长D．N1＜N2,弹簧长度将变短3．如图所示，有abcd四个离子，它们带等量的同种电荷，质量不等．有m a＝m b＜m c＝m d，以不等的速度v a＜v b＝v c＜v d进入速度选择器后有两种离子从速度选择器中射出，进入B2磁场，由此可判定( )A．射向P1的是a离子B．射向P2的是b离子C．射到A1的是c离子D．射到A2的是d离子4．在探索微观世界中，同位素的发现与证明无疑具有里程碑式的意义。

质谱仪的发现对证明同位素的存在功不可没，1922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖。

若速度相同的一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，不计粒子重力，则下列说法中正确的是（）A．该束粒子带负电B．速度选择器的P1极板带负电C．在B2磁场中运动半径越大的粒子，质量越大D．在B2磁场中运动半径越大的粒子，比荷qm越小5．电磁血流量计是基于法拉第电磁感应定律，运用在心血管手术和有创外科手术的精密监控仪器。

工作原理如图所示，将患者血管置于磁感应强度为B的匀强磁场中，测出管壁上MN两点间的电势差为U，已知血管的直径为d，则血管中的血液流量Q为（）A．πdUBB．π4dUBC．πUBdD．π4UBd6．如图所示，一块长方体金属板材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中，磁感应强度大小为B。

河北省承德市第一中学高中物理法拉第电磁感应定律压轴题易错题一、高中物理解题方法：法拉第电磁感应定律1．如图甲所示，足够长的光滑平行金属导轨MN 、PQ 竖直放置，其宽度1L m =，一匀强磁场垂直穿过导轨平面，导轨的上端M 与P 之间连接一阻值为0.40R =Ω的电阻，质量为0.01m kg =、电阻为0.30r =Ω的金属棒ab 紧贴在导轨上.现使金属棒ab 由静止开始下滑，下滑过程中ab 始终保持水平，且与导轨接触良好，其下滑距离x 与时间t 的关系如图乙所示，图象中的OA 段为曲线，AB 段为直线，导轨电阻不计，g 取210/(m s 忽略ab 棒运动过程中对原磁场的影响)．()1判断金属棒两端a 、b 的电势哪端高； ()2求磁感应强度B 的大小；()3在金属棒ab 从开始运动的1.5s 内，电阻R 上产生的热量．【答案】(1) b 端电势较高(2)0.1B T = (3) 0.26J 【解析】 【详解】()1由右手定可判断感应电流由a 到b ，可知b 端为感应电动势的正极，故b 端电势较高。

()2当金属棒匀速下落时，由共点力平衡条件得：mg BIL =金属棒产生的感应电动势为：E BLv = 则电路中的电流为：EI R r=+ 由图象可得：11.27.0/7m /s 2.1 1.5x v m s t -===- 代入数据解得：0.1T B =()3在0 1.5s ～，以金属棒ab 为研究对象，根据动能定理得：212mgh Q mv =+解得：0.455J Q = 则电阻R 上产生的热量为：0.26J R RQ Q R r==+2．如图所示，两根相距为L 的光滑平行金属导轨CD 、EF 固定在水平面内，并处在竖直向下的匀强磁场中，导轨足够长且电阻不计．在导轨的左端接入阻值为R 的定值电阻，将质量为m 、电阻可忽略不计的金属棒MN 垂直放置在导轨上，可以认为MN 棒的长度与导轨宽度相等，且金属棒运动过程中始终与导轨垂直并接触良好，不计空气阻力．金属棒MN 以恒定速度v 向右运动过程中，假设磁感应强度大小为B 且保持不变，为了方便，可认为导体棒中的自由电荷为正电荷．（1）请根据法拉第电磁感应定律，推导金属棒MN 中的感应电动势E ；（2）在上述情景中，金属棒MN 相当于一个电源，这时的非静电力与棒中自由电荷所受洛伦兹力有关．请根据电动势的定义，推导金属棒MN 中的感应电动势E ．（3）请在图中画出自由电荷所受洛伦兹力示意图．我们知道，洛伦兹力对运动电荷不做功．那么，金属棒MN 中的自由电荷所受洛伦兹力是如何在能量转化过程中起到作用的呢？请结合图中自由电荷受洛伦兹力情况，通过计算分析说明．【答案】（1）E BLv =；（2）v E BL =（3）见解析 【解析】 【分析】(1)先求出金属棒MN 向右滑行的位移,得到回路磁通量的变化量∆Φ ,再由法拉第电磁感应定律求得E 的表达式;(2)棒向右运动时,电子具有向右的分速度,受到沿棒向下的洛伦兹力，1v f e B =,棒中电子在洛伦兹力的作用下,电子从M 移动到N 的过程中,非静电力做功v W e Bl =,根据电动势定义WE q=计算得出E. （3）可以从微观的角度求出水平和竖直方向上的洛伦兹力做功情况，在比较整个过程中做功的变化状况． 【详解】（1）如图所示，在一小段时间∆t 内，金属棒MN 的位移 x v t ∆=∆这个过程中线框的面积的变化量S L x Lv t ∆=∆=∆穿过闭合电路的磁通量的变化量B S BLv t ∆Φ=∆=∆根据法拉第电磁感应定律 E t∆Φ=∆ 解得 E BLv =（2）如图所示，棒向右运动时，正电荷具有向右的分速度，受到沿棒向上的洛伦兹力1v f e B =，f 1即非静电力在f 的作用下，电子从N 移动到M 的过程中，非静电力做功v W e BL =根据电动势定义 W E q= 解得 v E BL =（3）自由电荷受洛伦兹力如图所示．设自由电荷的电荷量为q ，沿导体棒定向移动的速率为u ．如图所示，沿棒方向的洛伦兹力1f q B =v ，做正功11ΔΔW f u t q Bu t =⋅=v 垂直棒方向的洛伦兹力2f quB =，做负功22ΔΔW f v t quBv t =-⋅=-所以12+=0W W ，即导体棒中一个自由电荷所受的洛伦兹力做功为零．1f 做正功，将正电荷从N 端搬运到M 端，1f 相当于电源中的非静电力，宏观上表现为“电动势”，使电源的电能增加；2f 做负功，宏观上表现为安培力做负功，使机械能减少．大量自由电荷所受洛伦兹力做功的宏观表现是将机械能转化为等量的电能，在此过程中洛伦兹力通过两个分力做功起到“传递”能量的作用． 【点睛】本题较难，要从电动势定义的角度上去求电动势的大小，并学会从微观的角度分析带电粒子的受力及做功情况．3．研究小组同学在学习了电磁感应知识后，进行了如下的实验探究（如图所示）：两个足够长的平行导轨（MNPQ 与M 1P 1Q 1）间距L =0.2m ，光滑倾斜轨道和粗糙水平轨道圆滑连接，水平部分长短可调节，倾斜轨道与水平面的夹角θ=37°．倾斜轨道内存在垂直斜面方向向上的匀强磁场，磁感应强度B =0.5T ，NN 1右侧没有磁场；竖直放置的光滑半圆轨道PQ 、P 1Q 1分别与水平轨道相切于P 、P 1，圆轨道半径r 1=0．lm ，且在最高点Q 、Q 1处安装了压力传感器．金属棒ab 质量m =0.0lkg ，电阻r =0.1Ω，运动中与导轨有良好接触，并且垂直于导轨；定值电阻R =0.4Ω，连接在MM 1间，其余电阻不计：金属棒与水平轨道间动摩擦因数μ=0.4．实验中他们惊奇地发现：当把NP 间的距离调至某一合适值d ，则只要金属棒从倾斜轨道上离地高h =0.95m 及以上任何地方由静止释放，金属棒ab 总能到达QQ 1处，且压力传感器的读数均为零．取g =l 0m /s 2，sin37°=0.6，cos37°=0.8．则：（1）金属棒从0.95m 高度以上滑下时，试定性描述金属棒在斜面上的运动情况，并求出它在斜面上运动的最大速度；（2）求从高度h =0.95m 处滑下后电阻R 上产生的热量； （3）求合适值d ．【答案】（1）3m /s ；（2）0.04J ；（3）0.5m ． 【解析】 【详解】（1）导体棒在斜面上由静止滑下时，受重力、支持力、安培力，当安培力增加到等于重力的下滑分量时，加速度减小为零，速度达到最大值；根据牛顿第二定律，有：A 0mgsin F θ-=安培力：A F BIL = BLvI R r=+ 联立解得：2222()sin 0.0110(0.40.1)0.63m /s 0.50.2mg R r v B L θ+⨯⨯+⨯===⨯（2）根据能量守恒定律，从高度h =0.95m 处滑下后回路中上产生的热量：22110.01100.950.0130.05J 22Q mgh mv ==⨯⨯-⨯⨯=-故电阻R 产生的热量为：0.40.050.04J 0.40.1R R Q Q R r ==⨯=++ （3）对从斜面最低点到圆轨道最高点过程，根据动能定理，有：()221111222mg r mgd mv mv μ--=-①在圆轨道的最高点，重力等于向心力，有：2 1 1vmg mr=②联立①②解得：221535100.10.5m220.410v grdgμ--⨯⨯===⨯⨯4．如图（1）所示，两足够长平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为0.8m，导轨平面与水平面夹角为α，导轨电阻不计．有一个匀强磁场垂直导轨平面斜向上，长为1m的金属棒ab 垂直于MN、PQ放置在导轨上，且始终与导轨电接触良好，金属棒的质量为0.1kg、与导轨接触端间电阻为1Ω．两金属导轨的上端连接右端电路，电路中R2为一电阻箱．已知灯泡的电阻R L=4Ω，定值电阻R1=2Ω，调节电阻箱使R2=12Ω，重力加速度g=10m/s2．将电键S打开，金属棒由静止释放，1s后闭合电键，如图（2）所示为金属棒的速度随时间变化的图象．求：（1）斜面倾角α及磁感应强度B的大小；（2）若金属棒下滑距离为60m时速度恰达到最大，求金属棒由静止开始下滑100m的过程中，整个电路产生的电热；（3）改变电阻箱R2的值，当R2为何值时，金属棒匀速下滑时R2消耗的功率最大；消耗的最大功率为多少？【答案】（1）斜面倾角α是30°，磁感应强度B的大小是0.5T；（2）若金属棒下滑距离为60m时速度恰达到最大，金属棒由静止开始下滑100m的过程中，整个电路产生的电热是32.42J；（3）改变电阻箱R2的值，当R2为4Ω时，金属棒匀速下滑时R2消耗的功率最大，消耗的最大功率为1.5625W．【解析】【分析】（1）电键S打开，ab棒做匀加速直线运动，由速度图象求出加速度，由牛顿第二定律求解斜面的倾角α．开关闭合后，导体棒最终做匀速直线运动，由F安=BIL，I=得到安培力表达式，由重力的分力mgsinα=F安，求出磁感应强度B．（2）金属棒由静止开始下滑100m的过程中，重力势能减小mgSsinα，转化为金属棒的动能和整个电路产生的电热，由能量守恒求解电热．（3）改变电阻箱R2的值后，由金属棒ab匀速运动，得到干路中电流表达式，推导出R2消耗的功率与R2的关系式，根据数学知识求解R2消耗的最大功率．【详解】（1）电键S打开，从图上得：a=gsinα==5m/s2得sinα=，则得α=30°金属棒匀速下滑时速度最大，此时棒所受的安培力F安=BIL又 I=，R总=R ab+R1+=（1+2+）Ω=6Ω从图上得：v m=18.75m/s由平衡条件得：mgsinα=F安，所以mgsinα=代入数据解得：B=0.5T；（2）由动能定理：mg•S•sinα﹣Q=mv m2﹣0由图知，v m=18.75m/s得Q=mg•S•sinα﹣mvm2=32.42J；（3）改变电阻箱R2的值后，金属棒匀速下滑时的速度为v m′，则有mgsinα=BI总LR2和灯泡并联电阻 R并′==（）Ω，R2消耗的功率：P2==由上联立解得 P2=（）2由数学知识得，当=R2，即R2=4Ω时，R2消耗的功率最大：最大功率为 P2m=（）2（）=W=1.5625W．5．如图甲所示为发电机的简化模型，固定于绝缘水平桌面上的金属导轨，处在方向竖直向下的匀强磁场中，导体棒ab在水平向右的拉力F作用下，以水平速度v沿金属导轨向右做匀速直线运动，导体棒ab始终与金属导轨形成闭合回路．已知导体棒ab的长度恰好等于平行导轨间距l，磁场的磁感应强度大小为B，忽略摩擦阻力．(1)求导体棒ab 运动过程中产生的感应电动势E 和感应电流I ；(2)从微观角度看，导体棒切割磁感线产生感应电动势是由于导体内部的自由电荷受到沿棒方向的洛伦兹力做功而产生的．如图乙(甲图中导体棒ab )所示，为了方便，可认为导体棒ab 中的自由电荷为正电荷，每个自由电荷的电荷量为q ，设导体棒ab 中总共有N 个自由电荷．a.求自由电荷沿导体棒定向移动的速率u ；b.请分别从宏观和微观两个角度，推导非静电力做功的功率等于拉力做功的功率． 【答案】(1) Blv F Bl(2) F NqB 宏观角度【解析】(1)根据法拉第电磁感应定律，感应电动势E Blv = 导体棒水平向右匀速运动，受力平衡，则有F BIl F ==安 联立解得：FI Bl=(2)a 如图所示：每个自由电荷沿导体棒定向移动，都会受到水平向左的洛伦兹力1f quB = 所有自由电荷所受水平向左的洛伦兹力的合力宏观表现为安培力F 安 则有：1F Nf NquB F ===安 解得：F u NqB=B, 宏观角度：非静电力对导体棒ab 中所有自由电荷做功的功率等于感应电源的电功率，则有：P P EI Fv ===非电 拉力做功的功率为：P Fv =拉因此P P =非拉， 即非静电力做功的功率等于拉力做功的功率； 微观角度：如图所示：对于一个自由电荷q ，非静电力为沿棒方向所受洛伦兹力2f qvB = 非静电力对导体棒ab 中所有自由电荷做功的功率2P Nf u 非= 将u 和2f 代入得非静电力做功的功率P Fv =非 拉力做功的功率P Fv =拉因此P P =非拉 即非静电力做功的功率等于拉力做功的功率.6．如图所示，光滑的平行金属导轨水平放置，电阻不计，导轨间距为l ，左侧接一阻值为R 的电阻．区域cdef 内存在垂直轨道平面向下的有界匀强磁场，磁场宽度为s ．一质量为m 、电阻为r 的金属棒MN 置于导轨上，与导轨垂直且接触良好，受到F ＝0.5v ＋0.4(N)(v 为金属棒速度)的水平外力作用，从磁场的左边界由静止开始向右运动，测得电阻两端电压随时间均匀增大．(已知：l ＝1m ，m ＝1kg ，R ＝0.3Ω，r ＝0.2Ω，s ＝1m)(1)求磁感应强度B 的大小；(2)若撤去外力后棒的速度v 随位移x 的变化规律满足()220B l v v x m R r =-+ (v 0是撤去外力时，金属棒速度)，且棒在运动到ef 处时恰好静止，则外力F 作用的时间为多少？ (3)若在棒未出磁场区域时撤出外力，画出棒在整个运动过程中速度随位移变化所对应的各种可能的图线．【答案】(1)B ＝0.5T (2) t ＝1s (3)可能的图像如图：【解析】(1)R 两端电压U ∝I ∝E ∝v ，U 随时间均匀增大，即v 随时间均匀增大． 所以加速度为恒量．22B l F v ma R r-=+将F ＝0.5v ＋0.4代入得： 220.50.4B l v a R r ⎛⎫-+= ⎪+⎝⎭因为加速度为恒量，与v 无关，所以a ＝0.4 m/s 2220.50B l R r-=+代入数据得：B ＝0.5 T. (2)设外力F 作用时间为t .2112x at =()2202B l v x at m R r ==+x 1＋x 2＝s ， 所以()22212m R r at at s B l++= 代入数据得0.2t 2＋0.8t －1＝0， 解方程得t ＝1 s 或t ＝－5 s(舍去)． (3)可能图线如下：【点睛】根据物理规律找出物理量的关系，通过已知量得出未知量．要善于对物体过程分析和进行受力分析，运用牛顿第二定律结合运动学公式解决问题．7．如图所示，两根足够长的直金属MN 、PQ 平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上，两导轨间距为L ．M 、P 两点间接有阻值为R 的电阻．一根质量为m 的均匀直金属杆ab 放在两导轨上，并与导轨垂直．整套装置处于磁感应强度为B 的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向下．导轨和金属杆的电阻可忽略．让ab 杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦．（1）在加速下滑过程中，当ab 杆的速度大小为v 时，ab 杆中的电流及其加速度的大小； （2）求在下滑过程中ab 杆可达到的最大速度．（3）从开始下滑到达到最大速度的过程中，棒沿导轨下滑了距离s ，求整个装置生热多少. 【答案】（1）Blv I R =,22sin B l v mg R a mθ-=（2）22sin m mgR v B l θ=（3）322244sin 2m g R Q mgh B lθ=- 【解析】(1)在加速下滑过程中，当 ab 杆的速度大小为 v 时，感应电动势E =BLv此时 ab 杆中的电流BlvI R=金属杆受到的安培力：22B L vF BIL R==由牛顿第二定律得：22sin B l vmg R a mθ-=(2) 金属杆匀速下滑时速度达到最大，由平衡条件得：22sin mB L v mg Rθ=则速度的最大值22sin m mgR v B l θ=(3)若达到最大速度时，导体棒下落高度为 h ，由能量守恒定律得：21sin 2m mgs mv Q θ⋅=+ 则焦耳热322244sin 2m g R Q mgh B l θ=-【点睛】当杆匀速运动时杆的速度最大，分析清楚杆的运动过程是解题的前提；分析清楚杆的运动过程后，应用E =BLv 、欧姆定律、安培力公式、牛顿第二定律、平衡条件与能量守恒定律即可解题；求解热量时从能量角度分析可以简化解题过程．8．如图所示，两光滑平行金属导轨abcd d c b a ''''、，aa '之间接一阻值为R 的定值电阻，dd '之间处于断开状态，abb a ''部分为处于水平面内，且ab bb b a a a L ==='''='，bcdb c d '''部分为处于倾角为θ的斜面内，bc cd dd d c c b b b L ''''''======．abb a ''区域存在一竖直向下的磁场1B ，其大小随时间的变化规律为1B kt =（k 为大于零的常数）；cdd c ''区域存在一垂直于斜面向上的大小恒为2B 的磁场．一阻值为r 、质量为m 的导体棒MN 垂直于导轨从bb '处由静止释放．不计导轨的电阻，重力加速度为g ．求：(1)导体棒MN 到达cc '前瞬间，电阻R 上消耗的电功率；(2)导体棒MN 从bb '到达cc '的过程中，通过电阻R 的电荷量；(3)若导体棒MN 到达cc '立即减速，到达dd '时合力恰好为零，求导体棒MN 从cc '到dd '运动的时间．【答案】（1）()242k L R R r + （2）22sin kL L q R rg θ=+ （3）()()()23232sin m R r v v B L t kB L mg R r θ+=-+'+-（式中()32222sin 2sin ,B kL mg R r v gL v B L θθ'++==【解析】【分析】【详解】（1）因磁场1B 随时间的变化规律为1B kt =，所以B k t ∆=∆，abb a ''所组成回路产生的感应电动势22B E L kL t tϕ∆∆===∆∆ 流过电阻R 的电流: E I R r=+ 电阻R 消耗的功率： 2R P I R =联立以上各式求得： ()242R k L R P R r =+（2）电阻R 的电荷量： q It =， 2kL I I R r==+ 根据牛顿第二定律： sin mg ma θ=导体棒从MN 从bb '到达cc '中，通过的位移：212L at = 联立解得： 22sin kL L q R r g θ=+（3）根据（2）问，求得导体棒到达cc '时的速度：2sin v gL θ= 到达dd '时合力为0，则： 222sin B Lv kL B L mg R r θ⎛⎫-= ⎪+⎝'⎭解得：()32222sin B kL mg R r v B L θ'++=导体棒MN 从cc '到达dd '过程中，运用动量定理 ：()2sin B I Lt mgt mv mv θ-'=--'-从cc '到达dd '过程中，流过导体棒MN 的电荷量： q I t ''= 且 222B L kL q t R r R r '=-++ 联立以上式子，求得()()()23232sin m R r v v B Lt kB L mg R r θ+=-+'+-（式中2sin v gL θ=，()32222sin B kL mg R r v B L θ'++=）9．如图所示，两足够长的平行光滑的金属导轨MN 、PQ 相距为d ，导轨平面与水平面的夹角30θ=︒，导轨电阻不计，磁感应强度为B 的匀强磁场垂直于导轨平面向上．长为的金属棒ab 垂直于MN 、PQ 放置在导轨上，且始终与导轨接触良好，金属棒的质量为m 、电阻为r R =．两金属导轨的上端连接一个灯泡，灯泡的电阻L R R =，重力加速度为g ．现闭合开关S ，给金属棒施加一个方向垂直于杆且平行于导轨平面向上的、大小为F mg =的恒力，使金属棒由静止开始运动，当金属棒达到最大速度时，灯泡恰能达到它的额定功率．求：（1）金属棒能达到的最大速度v m ；（2）灯泡的额定功率P L ；（3）若金属棒上滑距离为L 时速度恰达到最大，求金属棒由静止开始上滑4L 的过程中，金属棒上产生的电热Q r ．【答案】(1) 22mgR B d ；(2) 22224m g R B d；(3) 322444m g R mgL B d - 【解析】【详解】解：(1)金属棒先做加速度逐渐减小的加速运动，当加速度为零时，金属棒达到最大速度，此后开始做匀速直线运动；设最大速度为m v ，当金属棒达到最大速度时，做匀速直线运动，由平衡条件得：30F BId mgsin =+︒又：F mg =解得：2mg I Bd =由2L E E I R r R==+，m E Bdv = 联立解得：22m mgR v B d =； (2)灯泡的额定功率：222222()24L L mg m g R P I R R Bd B d === (3)金属棒由静止开始上滑4L 的过程中，由能量守恒定律可知：2144302m Q F L mg Lsin mv =•-•︒- 金属棒上产生的电热：32244124r m g R Q Q mgL B d ==-10．桌面上放着一个单匝矩形线圈，线圈中心上方一定高度上有一竖立的条形磁体（如图），此时线圈内的磁通量为0.04Wb 。