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高考冲刺：热点分析一：平衡【高考展望】平衡类问题，不仅考查物体的受力分析，而且考查对力的处理方法。
主要以选择题的形式在高考中年年出现，也可与其他知识综合出现。
主要考查的知识点是：重力、弹力、摩擦力的产生条件及在力的三要素的基础上对物体进行正确的受力分析，进行正交分解，根据共点力的平衡条件列方程求解。
其中摩擦力，力的合成与分解是考查的热点，尤其是三个共点力的平衡问题。
试题有一定的难度，且命题形式多样。
为了抓住本部分的高考知识点，必须熟练灵活地掌握本部分知识的基本概念和基本技能及方法。
另外与其他知识的综合平衡问题，如在研究气体问题时，大多数情况下气体和封闭气体的活塞、液柱都处于平衡状态，电场力作用下带电粒子的平衡、安培力作用下物体的平衡等，也是考查的重点。
【方法点拨】一、求解共点力平衡的方法指导：1．求外力优先选用整体法，求内力用隔离法． 2．平衡问题求解方法的选择(1)物体受二力作用：可利用二力平衡条件解答．(2)物体受三力作用：可采用合成法、分解法、三角形法、正交分解法等方法求解． (3)物体受三个以上力作用：一般采用正交分解法求解． (4)解动态平衡问题：通常用动态三角形法求解． 二、求解共点力平衡问题的步骤(1)明确研究对象．求解连接体和叠合体的平衡问题要注意整体法和隔离法的综合运用． (2)进行受力分析，并画出受力分析示意图． (3)利用平衡条件列平衡方程． (4)求解或讨论．三、对电磁学中的平衡问题的分析 从题给的条件出发，根据电磁力的特点，认真分析好物体所受的电磁力(包括电场力、安培力、洛伦兹力等)后，电磁学中的物体平衡问题就转化为力学中的物体平衡问题．后续的解题方法与力学中的物体平衡问题解题方法相同。
【典型例题】类型一、重力、弹力、摩擦力作用下的平衡问题例1、(2019 山东模拟)如图，滑块A 置于水平地面上，滑块B 在一水平力作用下紧靠滑块A (A 、B 接触面竖直)，此时A 恰好不滑动，B 刚好不下滑。
第3讲 电容 带电粒子在电场中的运动1.如图6－3－14所示，电子由静止开始从A 板向B 板运动，当到达B 极板时速度为v ，保持两板间电压不变，如此( )图6－3－14A ．当增大两板间距离时，v 也增大B ．当减小两板间距离时，v 增大C ．当改变两板间距离时，v 不变D ．当增大两板间距离时，电子在两板间运动的时间也增大解析：电子从静止开始运动，根据动能定理，从A 运动到B 动能的变化量等于电场力做的功．因为保持两个极板间的电势差不变，所以末速度不变，平均速度不变，而位移如果增加的话，时间变长．答案：CD2.平行板电容器的两极板A 、B 接于电池两极，一带正电小球悬挂在电容器内部．闭合开关S ，电容器充电，这时悬线偏离竖直方向的夹角为θ，如图6－3－15所示，如此( )图6－3－15A ．保持开关S 闭合，带正电的A 板向B 板靠近，如此θ增大B ．保持开关S 闭合，带正电的A 板向B 板靠近，如此θ不变C ．开关S 断开，带正电的A 板向B 板靠近，如此θ增大D ．开关S 断开，带正电的A 板向B 板靠近，如此θ不变解析：悬线偏离竖直方向的夹角θ的大小由带电小球受的电场力和重力两因素决定．因重力不变，故电场力增大时θ就增大．在保持开关S 闭合，即保持电容器两极板间电压U 不变．由于A 、B 板靠近，d 变小，极板间电场强度E ＝U d 就增大，因而带电小球受电场力F ＝qE ＝q U d 增大，如此θ增大；假设断开开关S ，即明确电容器极板上的电荷量Q 不变．当A 、B 板靠近后，电容器的电容C ＝εr S 4πkd 将增大，根据U ＝Q C，电容器两板间电压U 减小．电容器两板间的场强E ＝U d 有无变化呢？把上述各关系代入，得E ＝U d ＝Q Cd ＝4πkQ εr S.由此可知场强不变，带电小球受电场力不变，如此θ不变． 答案：AD 3.如图6－3－16所示，M 、N 是竖直放置的两平行金属板，分别带等量异种电荷，两极间产生一个水平向右的匀强电场，场强为E ，一质量为m 、电量为＋q 的微粒，以初速度v 0竖直向上从两极正中间的A 点射入匀强电场中，微粒垂直打到N 极上的C 点，AB ＝BC .不计空气阻力，如此可知( )图6－3－16A ．微粒在电场中作抛物线运动B ．微粒打到C 点时的速率与射入电场时的速率相等C ．MN 板间的电势差为2mv 20/qD ．MN 板间的电势差为Ev 20/2g解析：由题意可知，微粒到达C 点时，竖直方向上速度为零，所以微粒不做抛物线运动，A 项错误；因AB ＝BC ，即v 02·t ＝v c 2·t 可见v c ＝v 0.故B 项正确；由q ·U 2＝12mv 2c ，得U ＝mv 2c q ＝mv 20q，故C 项错误；又由mg ＝qE 得q ＝mg E 代入U ＝mv 20q ，得U ＝Ev 20g ，故D 项错误． 答案：B4.如图6－3－17所示，两平行金属板间有一匀强电场，板长为L ，板间距离为d ，在板右端L 处有一竖直放置的光屏M ，一带电荷量为q ，质量为m 的质点从两板中央射入板间，最后垂直打在M 屏上，如此如下结论正确的答案是( )图6－3－17A ．板间电场强度大小为mg /qB ．板间电场强度大小为2mg /qC ．质点在板间的运动时间和它从板的右端运动到光屏的时间相等D ．质点在板间的运动时间大于它从板的右端运动到光屏的时间解析：当质点所受电场力方向向上且大于重力时，质点才可能垂直打到屏上．由运动的合成与分解知识，可知质点在水平方向上一直做匀速直线运动，所以质点在电场中做类平抛运动的时间和在重力场中做斜上抛运动的时间相等．由运动规律可知质点在水平方向上做匀速直线运动，v x ＝v 0；在竖直方向上：在电场中v y ＝at ，如下列图，离开电场后质点做斜上抛运动，v y ＝gt ，由此运动过程的对称性可知a ＝g ，由牛顿第二定律得：qE －mg ＝ma ＝mg ，解得：E ＝2mg /q .应当选项B 、C 正确．答案：BC5.如图6－3－18所示，水平放置的平行板电容器，与某一电源相连，它的极板长L ＝0.4 m ，两板间距离d ＝4×10－3 m ，有一束由一样带电微粒组成的粒子流，以一样的速度v 0从两板中央平行极板射入，开关S 闭合前，两板不带电，由于重力作用微粒能落到下板的正中央，微粒质量为m ＝4×10－5 kg ，电量q ＝＋1×10－8 C ．(g ＝10 m/s 2)求：图6－3－18(1)微粒入射速度v 0为多少？(2)为使微粒能从平行板电容器的右边射出电场，电容器的上板应与电源的正极还是负极相连？所加的电压U 应取什么范围？解析：(1)L 2＝v 0t ，d 2＝12gt 2，可解得：v 0＝L 2g d＝10 m/s. (2)电容器的上板应接电源的负极 当所加的电压为U 1时，微粒恰好从下板的右边缘射出，d 2＝12a 1⎝ ⎛⎭⎪⎫L v 02，a 1＝mg －q U 1d m解得：U 1＝120 V当所加的电压为U 2时，微粒恰好从上板的右边缘射出，d 2＝12a 2⎝ ⎛⎭⎪⎫L v 02，a 2＝q U 2d －mg m解得：U 2＝200 V ．所以120 V ＜U ＜200 V.答案：(1)10 m/s (2)与负极相连 120 V ＜U ＜200 V1．某电容器上标有“25 μF、450 V 〞字样，如下对该电容器的说法中正确的答案是( )A ．要使该电容器两极板之间电压增加1 V ，所需电荷量为2.5×10－5CB ．要使该电容器带电量1C ，两极板之间需加电压2.5×10－5VC．该电容器能够容纳的电荷量最多为2.5×10－5 CD．该电容器能够承受的最大电压为450 V解析：由电容器电容的定义C＝Q/U可得，C＝ΔQ/ΔU，ΔQ＝CΔU，要使该电容器两极板之间电压增加ΔU＝1 V，所需电荷量为ΔQ＝2.5×10－5 C，A正确，B错误；该电容器能够容纳的电荷量最多为Q＝CU＝2.5×10－5×450＝1.125×10－2C，C错误；电容器上所标的450 V，是电容器的额定电压，是电容器长期工作时所能承受的电压，低于击穿电压，该电容器能够承受的最大电压大于450 V，D错误．答案：A2.(2010·海门模拟)如图6－3－19所示是测定液面高度h的电容式传感器示意图，E为电源，G为灵敏电流计，A为固定的导体芯，B为导体芯外面的一层绝缘物质，C为导电液体．灵敏电流计指针偏转方向与电流方向的关系为：电流从左边接线柱流进电流计，指针向左偏．如果在导电液体的深度h发生变化时观察到指针正向左偏转，如此( )图6－3－19A．导体芯A所带电量在增加，液体的深度h在增大B．导体芯A所带电量在减小，液体的深度h在增大C．导体芯A所带电量在增加，液体的深度h在减小D．导体芯A所带电量在减小，液体的深度h在减小解析：电流计指针向左偏转，说明流过电流计G的电流由左→右，如此导体芯A所带电量在减小，由Q＝CU可知，芯A与液体形成的电容器的电容减小，如此液体的深度h在减小，故D正确．答案：D3.如图6－3－20所示，水平放置的平行板电容器，上板带负电，下板带正电，带电小球以速度v0水平射入电场，且沿下板边缘飞出．假设下板不动，将上板上移一小段距离，小球仍以一样的速度v0从原处飞入，如此带电小球( )图6－3－20A．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．假设上板不动，将下板上移一段距离，小球可能打在下板的中央解析：将电容器上板或下板移动一小段距离，电容器带电荷量不变，由公式E ＝U d ＝Q Cd ＝4k πQ εr S可知，电容器产生的场强不变，以一样速度入射的小球仍将沿原轨迹运动．下板不动时，小球沿原轨迹由下板边缘飞出；当下板向上移动时，小球可能打在下板的中央．答案：BD4.真空中的某装置如图6－3－21所示，其中平行金属板A 、B 之间有加速电场，C 、D 之间有偏转电场，M 为荧光屏．今有质子、氘核和α粒子均由A 板从静止开始被加速电场加速后垂直于电场方向进入偏转电场，最后打在荧光屏上．质子、氘核和α粒子的质量之比为1∶2∶4，电荷量之比为1∶1∶2，如此如下判断中正确的答案是( )图6－3－21A ．三种粒子从B 板运动到荧光屏经历的时间一样B ．三种粒子打到荧光屏上的位置一样C ．偏转电场的电场力对三种粒子做功之比为1∶2∶2D ．偏转电场的电场力对三种粒子做功之比为1∶2∶4解析：粒子加速过程qU 1＝12mv 2，从B 至M 用时t ＝L 1＋L 2v ，得t ∝ m q，所以t 1∶t 2∶t 3＝1∶2∶2，选项A 错误．偏转位移y ＝12qU 2md ⎝ ⎛⎭⎪⎫L 1v 2＝U 2L 214dU 1，所以三种粒子打到荧光屏上的位置一样，选项B 正确．因W ＝qEy ，得W 1∶W 2∶W 3＝q 1∶q 2∶q 3＝1∶1∶2，选项C 、D 错误． 答案：B图6－3－225．(2010·天星百校联盟领航)如图6－3－22甲所示为示波管的构造示意图，现在x —x ′上加上u xx ′—t 信号，y —y ′上加上u yy ′—t 信号(如图6－3－22乙、图6－3－22丙所示)，如此在屏幕上看到的图形是( )解析：由起始时刻x —x ′和y —y ′上的电压情况可将A 、C 排除．由于在x —x ′上加上的u xx ′—t 信号周期为y —y ′上所加u yy ′—t 信号周期的2倍，所以在屏幕上看到的图形是两个正弦波，因此D 正确．答案：D6.某空间内有高度为d 、宽度足够宽、方向水平向左的匀强电场．当在该空间内建立如图6－3－23所示的坐标系后，在x 轴上的P 点沿y 轴正方向连续射入质量和电荷量均一样、且带电性质也一样的带电粒子(粒子重力不计)，由于粒子的入射速率v (v ＞0)不同，有的粒子将在电场中直接通过y 轴，有的将穿出电场后再通过y 轴．设粒子通过y 轴时，离坐标原点的距离为h ，从P 到y 轴所需的时间为t ，如此( )图6－3－23A ．由题设条件可以判断出粒子的带电性质B ．对h ≤d 的粒子，h 越大，t 越大C ．对h ≤d 的粒子，在时间t 内，电场力对粒子做的功不相等D ．h 越大的粒子，进入电场时的速率v 也越大解析：由题设条件，粒子必定受到向左的电场力，电场方向向左，故粒子必带正电荷，A 正确．h ≤d 的粒子，都没有飞出电场，电场方向上的加速度a ＝qE m，因粒子的带电荷量和质量都相等，故加速度相等，到达y 轴的时间也相等，该过程电场力做功W ＝qEx 相等，所以B 、C 错误．而初速度越大的粒子在粒子到达y 轴的时间内，竖直向上的位移越大，所以D 正确． 答案：AD7．在地面附近，存在着一有界电场，边界MN 将某空间分成上下两个区域Ⅰ、Ⅱ，在区域Ⅱ中有竖直向上的匀强电场，在区域Ⅰ中离边界某一高度由静止释放一质量为m 的带电小球A ，如图6－3－24甲所示，小球运动的v －t 图象如图6－3－24乙所示，重力加速度为g ，不计空气阻力，如此( )图6－3－24A ．在t ＝2.5 s 时，小球经过边界MNB ．小球受到的重力与电场力之比为3∶5C ．在小球向下运动的整个过程中，重力做的功与电场力做的功大小相等D ．在小球运动的整个过程中，小球的机械能与电势能总和先变大再变小解析：由速度图象可知，带电小球在区域Ⅰ与区域Ⅱ中的加速度之比为3∶2，由牛顿第二定律可知：mg F －mg ＝32，所以小球所受的重力与电场力之比为3∶5，B 正确．小球在t ＝2.5 s时速度为零，此时下落到最低点，由动能定理可知，重力与电场力的总功为零，故C 正确．因小球只受重力与电场力作用，所以小球的机械能与电势能总和保持不变，D 错．答案：BC8.如图6－3－25所示，带正电的粒子以一定的初速度v 0沿两板的中线进入水平放置的平行金属板内，恰好沿下板的边缘飞出，板长为L ，板间的距离为d ，板间电压为U ，带电粒子的电荷量为q ，粒子通过平行金属板的时间为t ，不计粒子的重力，如此( )图6－3－25A ．在前t 2时间内，电场力对粒子做的功为Uq4 B ．在后t 2时间内，电场力对粒子做的功为38Uq C ．在粒子下落前d 4和后d 4的过程中，电场力做功之比为1∶2 D ．在粒子下落前d 4和后d4的过程中，电场力做功之比为2∶1 答案：B9.如图6－3－26所示，处于真空中的匀强电场与水平方向成15°角，AB 直线与匀强电场E 互相垂直．在A 点以大小为v 0的初速度水平抛出一质量为m ，带电量为＋q 的小球，经时间t ，小球下落一段距离过C 点(图中未画出)时速度仍为v 0，在小球由A 点运动到C 点的过程中，如下说法中不正确的答案是( )图6－3－26A ．电场力对小球做功为零B ．小球的电势能增加C ．小球的机械能减少量为12mg 2t 2D ．C 可能位于AB 直线的左侧 解析：由动能定理，得mgh ＋W 电＝0，可知W 电＝－mgh ＜0，即电场力对小球做负功，电势能增加，C 位置应位于AB 直线的右侧；由于小球运动到C 点时的动能未变，重力势能减少量为ΔE p ＝mgh ＝mg ·12at 2＝mg ·12·mg ＋qE sin 15°m t 2＞12mg 2t 2.选项A 、C 、D 错误． 答案：ACD10.如图6－3－27所示，匀强电场方向与水平线间夹角θ＝30°，斜向右上方，电场强度为E ，质量为m 的小球带负电，以初速度v 0开始运动，初速度方向与电场方向一致．(1)假设小球的带电荷量为q ＝mg /E ，为使小球能做匀速直线运动，应对小球施加的恒力F 1的大小和方向各如何？图6－3－27(2)假设小球的带电荷量为q ＝2mg /E ，为使小球能做直线运动，应对小球施加的最小恒力F 2的大小和方向各如何？解析：(1)如图甲所示，欲使小球做匀速直线运动，必使其合外力为0，所以F 1cos α＝qE cos 30°，F 1sin α＝mg ＋qE sin 30°解之得α＝60°，F 1＝3mg .(2)为使小球能做直线运动，如此小球受的合力必和运动方向在一条直线上，故要求力F 2和mg的合力和电场力在一条直线上，故F 2＝mg sin 60°＝32mg ，方向如图乙所示，斜向左上60°. 答案：(1)3mg 与水平线夹60°角斜向右上方 (2)32mg 与水平线夹60°角斜向左上方 11.如图6－3－28所示，M 、N 为两块水平放置的平行金属板，板长为l ，两板间的距离也为l ，板间电压恒定．今有一带电粒子(重力不计)以一定的初速度沿两板正中间垂直进入电场，最后打在距两平行板右端距离为l 的竖直屏上．粒子落点距O 点的距离为l2.假设大量的上述粒子(与原来的初速度一样，并忽略粒子间相互作用)从MN 板间不同位置垂直进入电场．试求这些粒子打到竖直屏上的范围并在图中画出．图6－3－28解析：设粒子质量为m ，带电荷量为q ，初速度为v 0，v 0t ＝l ，y ＝12at 2，tan θ＝v y v 0＝at v 0，y ＋l tan θ＝l 2， 所以12a ·l 2v 20＋l ·al v 20＝l 2，3al ＝v 20.由题意可分析出大量粒子垂直射入偏转电场后情况，如上图甲、乙所示．其范围是l －y .其中y ＝12a ·l 2v 20＝12·v 203l ·l 2v 20＝16l ，范围是56l .答案：56l 图略 12．在光滑绝缘的水平面上，用长为2L 的绝缘轻杆连接两个质量均为m 的带电小球A 和B .A 球的带电荷量为＋2q ，B 球的带电荷量为－3q ，组成一带电系统．如图6－3－29所示，虚线MP 为AB 两球连线的垂直平分线，虚线NQ 与MP 平行且相距为4L .最初A 球和B 球分别静止于虚线MP 的两侧，距MP 的距离均为L ，且A 球距虚线NQ 的距离为3L .假设视小球为质点，不计轻杆的质量，在虚线MP 、NQ 间加上水平向右的匀强电场E 后，求：(1)B 球刚进入电场时，A 球与B 球组成的带电系统的速度大小．(2)带电系统从开始运动到速度第一次为零时所需的时间以与B 球电势能的变化量．图6－3－29解析：(1)带电系统刚开始运动时，设加速度为a 1，由牛顿第二定律得：a 1＝2qE 2m ＝qE m球B 刚进入电场时，带电系统的速度为v 1，有v 21＝2a 1L 求得v 1＝ 2qEL m(2)对带电系统进展分析，假设球A 能达到NQ ，且A 球到达NQ 时电场力对系统做功为W 1，有 W 1＝2qE ×3L ＋(－3qE ×2L )＝0，故带电系统速度第一次为零时，球A 恰好到达NQ 设球B 从静止到刚进入电场的时间为t 1，如此t 1＝v 1a 1，解得：t 1＝ 2mL qE球B 进入电场后，带电系统的加速度为a 2，由牛顿第二定律得：a 2＝－3qE ＋2qE 2m ＝－qE 2m显然，B 球进入电场后带电系统做匀减速运动．设减速所需时间为t 2如此有t 2＝0－v 1a 2， 求得t 2＝ 8mLqE .可知，带电系统从静止运动到速度第一次为零时所需的时间为：t＝t1＋t2＝3 2mLqE，B球电势能增加了：E p＝E·3q·2L＝6EqL答案：(1) 2qELm(2)32mLqE6EqL。
新课标人教版2013届高三物理总复习单元综合测试九第九章磁场本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，试卷满分为100分．考试时间为90分钟．第Ⅰ卷(选择题，共40分)一、选择题(本题共10小题，每题4分，共40分．有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确，把正确选项前的字母填在题后的括号内)图11．如图1所示，闭合圆导线圈平行地放置在匀强磁场中，其中ac、bd分别是平行、垂直于磁场方向的两直径．试分析线圈做如下运动时，能产生感应电流的是() A．使线圈在纸面内平动或转动B．使线圈平面沿垂直纸面方向向纸外平动C．使线圈以ac为轴转动D．使线圈以bd为轴转动解析：使线圈在纸面内平动或转动，沿垂直纸面方向向纸外平动或以ac为轴转动，线圈中的磁通量始终为零，不变化，无感应电流产生；以bd为轴转动时，线圈中的磁通量不断变化，能产生感应电流，所以D选项正确．答案：D2．如图2所示，螺线管的导线的两端与两平行金属板相接，一个带负电的小球用丝线悬挂在两金屑板间，并处于静止状态，若条形磁铁突然插入线圈时，小球的运动情况是()图2A．向左摆动B．向右摆动C．保持静止D．无法判定解析：当条形磁铁插入线圈中时，线圈中向左的磁场增强．由楞次定律可判定金属板左端电势高，故带负电的小球将向左摆动，A正确．答案：A3．如图3所示，AOC是光滑的金属轨道，AO沿竖直方向，OC沿水平方向，PQ是一根金属直杆如图所示立在导轨上，直杆从图示位置由静止开始在重力作用下运动，运动过程中Q端始终在OC上，空间存在着垂直于纸面向外的匀强磁场，则在PQ杆滑动的过程中，下列判断正确的是()图3A．感应电流的方向始终是由P→QB．感应电流的方向先是由P→Q，后是由Q→PC．PQ受磁场力的方向垂直杆向左D．PQ受磁场力的方向先垂直于杆向左，后垂直于杆向右解析：在PQ杆滑动的过程中，杆与导轨所围成的三角形面积先增大后减小，三角形POQ内的磁通量先增大后减小，由楞次定律可判断B项对；再由PQ中电流方向及左手定则可判断D项对．答案：BD4．如图4所示，通过水平绝缘的传送带输送完全相同的铜线圈，线圈均与传送带以相同的速度匀速运动．为了检测出个别未闭合的不合格线圈，让传送带通过一固定匀强磁场区域，磁场方向垂直于传送带，线圈进入磁场前等距离排列，穿过磁场后根据线圈间的距离，就能够检测出不合格线圈，通过观察图形，判断下列说法正确的是()图4A．若线圈闭合，进入磁场时，线圈相对传送带向后滑动B．若线圈不闭合，进入磁场时，线圈相对传送带向后滑动C．从图中可以看出，第2个线圈是不合格线圈D．从图中可以看出，第3个线圈是不合格线圈解析：由产生电磁感应现象的条件和楞次定律知，A正确，B错误，由各线圈位置关系知，C错误，D正确．答案：AD图55．如图5所示，在O点正下方有一个具有理想边界的磁场，铜环在A点由静止释放向右摆至最高点B.不考虑空气阻力，则下列说法正确的是()A．A、B两点在同一水平线上B．A点高于B点C．A点低于B点D．铜环最终将做等幅摆动解析：铜环在进入或穿出磁场边界时，由于铜环内的磁通量发生变化，将有感应电流产生，感应电流通过铜环将产生内能，故铜环在A点静止释放后，向右摆至最高点时的B点要低于A点的位置，A、C错误，B正确；当铜环最后全部处于磁场中时，由于铜环内的磁通量不再发生变化，此时没有感应电流，故铜环将在磁场中做等幅摆动，D正确．答案：BD6．如图6所示为新一代炊具——电磁炉，无烟、无明火、无污染、不产生有害气体、无微波辐射、高效节能等，是电磁炉的优势所在．电磁炉是利用电流通过线圈产生磁场，当磁场的磁感线通过含铁质锅底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速发热，然后再加热锅内食物．下列相关说法中正确的是()图6A．锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的B．恒定磁场越强，电磁炉的加热效果越好C．锅体中的涡流是由变化的磁场产生的D．提高磁场变化的频率，可提高电磁炉的加热效果解析：由电磁感应原理可知，锅体中的涡流是由变化的磁场产生的，且提高磁场变化的频率，产生的感应电动势变大，故可提高电磁炉的加热效果．故C、D正确．答案：CD图77．如图7所示，矩形金属框置于匀强磁场中，ef 为一导体棒，可在ab 和cd 间滑动并接触良好．设磁感应强度为B ，ac 长为L ，在Δt 时间内向左匀速滑过距离Δd ，由法拉第电磁感应定律E ＝n ΔΦΔt可知，下列说法正确的是( )A ．当ef 向左滑动时，左侧面积减少LΔd ，右侧面积增加LΔd ，因此E ＝2BLΔd /ΔtB ．当ef 向左滑动时，左侧面积减少LΔd ，右侧面积增加LΔd ，互相抵消，因此E ＝0C ．在公式E ＝n ΔΦΔt 中，在切割磁感线情况下，ΔΦ＝BΔS ，ΔS 应是导体棒切割磁感线扫过的面积，因此E ＝BLΔd /ΔtD ．在切割磁感线的情况下，只能用E ＝BL v 计算，不能用E ＝n ΔΦΔt计算解析：本题中由于导体棒是匀速切割磁感线，所以产生的感应电动势是恒定的，因而任一时刻产生的瞬时感应电动势等于平均感应电动势．因此感应电动势有两种求法，(1)由E ＝BL v ＝BL Δd Δt ；(2)由法拉第电磁感应定律知E ＝ΔΦΔt ＝BΔS Δt ＝BLΔdΔt ，式子中ΔS 为导体棒移动中扫过的面积．故C 正确．答案：CD图88．如图8所示，一个“∠”形导轨垂直于磁场固定在磁感应强度为B 的匀强磁场中．导体棒ab 与导轨由相同粗细、相同材料的导体制成，导体棒与导轨接触良好．在外力作用下，导体棒以恒定速度v 向右运动，以导体棒在图中所示位置的时刻作为计时起点，则回路中感应电动势E 、感应电流I 、导体棒所受外力的功率P 和回路中产生的焦耳热Q 随时间t 变化的图象中，正确的是( )解析：E ＝Bl v ＝B v ·v t tan θ∝t ，A 正确；I ＝B v lR ，而R 与三角形回路的周长成正比，可把R 表示为R ＝kc (式中c 为周长)代入I 的表达式中I ＝B v l kc ，而lc 为一定值，所以I 是一定值，B错误；P ＝IE ，I 不变，E 与t 成正比，所以P ∝t ，C 正确；Q ＝Pt ∝t 2，D 错误．答案：AC图99．如图9所示，竖直平面内有一金属环，半径为d ，总电阻为R (指拉直时两端的电阻)，磁感应强度为B 的匀强磁场垂直穿过环平面，在环的最高点A 用铰链连接长度为2a 、电阻为R2的导体棒AB ，AB 由水平位置紧贴环面摆下，当摆到竖直位置时，B 点的线速度为v ，则这时AB 两端的电压大小为( )A.Ba v 3B.Ba v 6C.2Ba v 3D ．Ba v解析：图10当摆到竖直位置时，AB 棒产生的电动势E ＝B ·2a ·v2＝Ba v .等效电路如图10所示．则U＝E 3＝Ba v 3. 答案：A图1110．如图11，足够长的U 型光滑金属导轨平面与水平面成θ角(0<θ<90°)，其中MN 与PQ 平行且间距为L ，导轨平面与磁感应强度为B 的匀强磁场垂直，导轨电阻不计．金属棒ab 由静止开始沿导轨下滑，并与两导轨始终保持垂直且良好接触，ab 棒接入电路的电阻为R ，当流过ab 棒某一横截面的电量为q 时，棒的速度大小为v ，则金属棒ab 在这一过程中( )A ．运动的平均速度大小为12B ．下滑的位移大小为qRBLC ．产生的焦耳热为qBL vD ．受到的最大安培力大小为B 2L 2vR sin θ解析：流过ab 棒某一截面的电量q ＝I ·t ＝BΔS Rt ·t ＝BL ·x R ，ab 棒下滑的位移x ＝qRBL，其平均速度v ＝x t ，而棒下滑过程中做加速度减小的加速度运动，故平均速度不等于12v ，A 错误B 正确；由能量守恒mgx sin θ＝Q ＋12m v 2，产生的焦耳热Q ＝mgx sin θ－12m v 2＝mg qRBL sin θ－12m v 2，C 错误；当mg sin θ＝B 2L 2v R 时v 最大，安培力最大，即F 安m ＝mg sin θ或B 2L 2vR，D 错误．答案：B第Ⅱ卷(非选择题，共60分)二、填空题(本题共2小题，每题8分，共16分)11．如图12所示，半径为r 的金属圆环绕通过直径的轴OO ′以角速度ω匀速转动，匀强磁场的磁感应强度为B ，以金属环的平面与磁场方向重合时开始计时，求在转动30°角的过程中，环中产生的感应电动势为________．图12解析：ΔΦ＝Φ2－Φ1＝BS sin30°－0＝12Bπr 2.又Δt ＝θω＝π/6ω＝π/(6ω)所以E ＝ΔΦΔt ＝12Bπr 2π/(6ω)＝3Bωr 2.答案：3Bωr 212．一个边长为10 cm 的正方形金属线框置于匀强磁场中，线框匝数n ＝100，线框平面与磁场垂直，电阻为20 Ω.磁感应强度随时间变化的图象如图13所示．则在一个周期内线框产生的热量为________ J.图13解析：由题图可知，线框中穿过均匀变化的磁场，变化周期T ＝4 s ．根据法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律，线框中产生的感应电动势E ＝nS ΔB Δt，感应电流I ＝E R ＝100×10－220 A ＝5×10－2 A ，在一个周期内产生的热量Q ＝I 2RT ＝(5×10－2)2×20×4 J ＝0.2 J.答案：0.2三、计算题(本题共4小题，13、14题各10分，15、16题各12分，共44分，计算时必须有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)图1413. 如图14所示，质量m 1＝0.1 kg ，电阻R 1＝0.3 Ω，长度l ＝0.4 m 的导体棒ab 横放在U 形金属框架上．框架质量m 2＝0.2 kg ，放在绝缘水平面上，与水平面间的动摩擦因数μ＝0.2. 相距0.4 m 的MM ′、NN ′相互平行，电阻不计且足够长．电阻R 2＝0.1Ω的MN 垂直于MM ′.整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B ＝0.5 T ．垂直于ab 施加F ＝2 N 的水平恒力，ab 从静止开始无摩擦地运动，始终与MM ′、NN ′保持良好接触．当ab 运动到某处时，框架开始运动．设框架与水平面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g 取10 m/s 2.(1)求框架开始运动时ab 速度v 的大小；(2)从ab 开始运动到框架开始运动的过程中，MN 上产生的热量Q ＝0.1 J ，求该过程ab 位移x 的大小．解析：(1)ab 对框架的压力 F 1＝m 1g框架受水平面的支持力F N ＝m 2g ＋F 1依题意，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则框架受到最大静摩擦力 F 2＝μF Nab 中的感应电动势 E ＝Bl v MN 中电流 I ＝ER 1＋R 2MN 受到的安培力 F 安＝IlB 框架开始运动时 F 安＝F 2由上述各式代入数据解得 v ＝6 m/s.(2)闭合回路中产生的总热量 Q 总＝R 1＋R 2R 2Q由能量守恒定律，得 Fx ＝12m 1v 2＋Q 总代入数据解得 x ＝1.1 m.答案：(1)6 m/s (2)1.1 m图1514．如图15所示，间距l ＝0.3 m 的平行金属导轨a 1b 1c 1和a 2b 2c 2分别固定在两个竖直面内，在水平面a 1b 1b 2a 2区域内和倾角θ＝37°的斜面c 1b 1b 2c 2区域内分别有磁感应强度B 1＝0.4 T 、方向竖直向上和B 2＝1 T 、方向垂直于斜面向上的匀强磁场．电阻R ＝0.3 Ω、质量m 1＝0.1 kg 、长为l 的相同导体杆K 、S 、Q 分别放置在导轨上，S 杆的两端固定在b 1、b 2点，K 、Q 杆可沿导轨无摩擦滑动且始终接触良好．一端系于K 杆中点的轻绳平行于导轨绕过轻质定滑轮自然下垂，绳上穿有质量m 2＝0.05 kg 的小环．已知小环以a ＝6 m/s 2的加速度沿绳下滑，K 杆保持静止，Q 杆在垂直于杆且沿斜面向下的拉力F 作用下匀速运动．不计导轨电阻和滑轮摩擦，绳不可伸长．取g ＝10 m/s 2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.求(1)小环所受摩擦力的大小； (2)Q 杆所受拉力的瞬时功率．解析：(1)设小环受到的摩擦力大小为F f ，由牛顿第二定律，有m 2g －F f ＝m 2a 代入数据，得 F f ＝0.2 N.(2)设通过K 杆的电流为I 1，K 杆受力平衡，有 F f ＝B 1I 1l设回路总电流为I ，总电阻为R 总，有 I ＝2I 1 R 总＝32R设Q 杆下滑速度大小为v ，产生的感应电动势为E ，有 I ＝E R 总E ＝B 2l vF ＋m 1g sin θ＝B 2Il 拉力的瞬时功率为 P ＝F ·v联立以上方程，代入数据得 P ＝2 W.答案：(1)0.2 N (2)2 W15．如图16所示，两根足够长的光滑平行金属导轨MN 、PQ 间距为l ＝0.5m, 其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成30°角．完全相同的两金属棒ab 、cd 分别垂直导轨放置，每棒两端都与导轨始终有良好接触，已知两棒质量均为m ＝0.02kg ，电阻均为R ＝0.1Ω，整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度B ＝0.2 T ，棒ab 在平行于导轨向上的力F 作用下，沿导轨向上匀速运动，而棒cd 恰好能够保持静止．取g ＝10m/s 2，问图16(1)通过棒cd 的电流I 是多少，方向如何？ (2)棒ab 受到的力F 多大？(3)棒cd 每产生Q ＝0.1J 的热量，力F 做的功W 是多少？ 解析：(1)棒cd 受到的安培力 F cd ＝IlB ①棒cd 在共点力作用下平衡，则 F cd ＝mg sin30°②由①②式，代入数据解得 I ＝1 A根据楞次定律可知，棒cd 中的电流方向由d 至c . (2)棒ab 与棒cd 受到的安培力大小相等 F ab ＝F cd对棒ab ，由共点力平衡知 F ＝mg sin30°＋IlB 代入数据解得 F ＝0.2 N.(3)设在时间t 内棒cd 产生Q ＝0.1 J 的热量，由焦耳定律知Q ＝I 2Rt 设棒ab 匀速运动的速度大小为v ，其产生的感应电动势 E ＝Bl v由闭合电路欧姆定律知 I ＝E 2R由运动学公式知在时间t 内，棒ab 沿导轨的位移 x ＝v t力F 做的功 W ＝Fx综合上述各式，代入数据解得 W ＝0.4 J. 答案：(1)1 A 方向由d 至c (2)0.2 N (3)0.4 J16．电阻可忽略的光滑平行金属导轨长S ＝1.15 m ，两导轨间距L ＝0.75 m ，导轨倾角为30°，导轨上端ab 接一阻值R ＝1.5 Ω的电阻，磁感应强度B ＝0.8 T 的匀强磁场垂直轨道平面向上．阻值r ＝0.5 Ω，质量m ＝0.2 kg 的金属棒与轨道垂直且接触良好，从轨道上端ab 处由静止开始下滑至底端，在此过程中金属棒产生的焦耳热Q r ＝0.1 J ．(取g ＝10 m/s 2)求：图17(1)金属棒在此过程中克服安培力的功W 安； (2)金属棒下滑速度v ＝2 m/s 时的加速度a .(3)为求金属棒下滑的最大速度v m ，有同学解答如下：由动能定理，W 重－W 安＝12m v m 2，…….由此所得结果是否正确？若正确，说明理由并完成本小题；若不正确，给出正确的解答．解析：(1)下滑过程中安培力的功即为在电阻上产生的焦耳热，由于R ＝3r ，因此 Q R ＝3Q r ＝0.3 J∴W 安＝Q ＝Q R ＋Q r ＝0.4 J.(2)金属棒下滑时受重力和安培力F 安＝BIL ＝B 2L 2R ＋rv 由牛顿第二定律mg sin30°－B 2L 2R ＋rv ＝ma ∴a ＝g sin30°－B 2L 2m (R ＋r )v ＝ (10×12－0.82×0.752×20.2×(1.5＋0.5)) m/s 2＝3.2 m/s 2 (3)此解法正确．金属棒下滑时受重力和安培力作用，其运动满足mg sin30°－B 2L 2R ＋rv ＝ma 上式表明，加速度随速度增加而减小，棒做加速度减小的加速运动．无论最终是否达到匀速，当棒到达斜面底端时速度一定为最大．由动能定理可以得到棒的末速度，因此上述解法正确．mgS sin30°－Q ＝12m v m 2 ∴v m ＝2gS sin30°－2Q m ＝2×10×1.15×12－2×0.40.2m/s ＝2.74 m/s. 答案：(1)0.4 J (2)3.2 m/s 2 (3)见解析。
