综合题20.0分
物理



如右图所示,光滑的轻质定滑轮上绕有轻质柔软细线,线的一端系一质量为2m的重物,另一端系一质量为m、电阻为R的金属杆。在竖直平面内有足够长的平行金属导轨PQ、EF,其间距为L。在Q、F之间连接有阻值为R的电阻,其余电阻不计,一匀强磁场与导轨平面垂直,磁感应强度为B0。开始时金属杆置于导轨下端QF处,将重物由静止释放,当重物下降h时恰好达到稳定速度而匀速下降。运动过程中金属杆始终与导轨垂直且接触良好,不计一切摩擦和接触电阻,重力加速度为g。求:

31.速下降的速度

32.释放到下降h的过程中,电阻R中产生的热量

33.下降h时的时刻t=0,此时速度为,若从t=o开始,磁场的磁感应强度B逐渐减小,且金属杆中始终不产生感应电流,试写出B随时间t变化关系。

第1小题正确答案及相关解析

正确答案

 ;

解析

重物匀速下降时,金属棒匀速上升,处于平衡状态,对金属棒,由平衡条件得:T=mg+F, 金属棒受到的安培力:  , 对重物,由平衡条件得:T=2mg, 解得:  ;

解题思路

重物匀速下降时,金属杆匀速上升,受力平衡.推导出安培力,由平衡条件列式求出速度v;

第2小题正确答案及相关解析

正确答案

解析

设电路中产生的总焦耳热为Q, 由能量守恒定律得: , 电阻R中产生的焦耳热:  , 解得:   ;

解题思路

重物从释放到下降h的过程中,重物的重力势能减小转化为杆的重力势能和动能、重物的动能及整个回路的内能,根据能量守恒求出整个回路产生的焦耳热,根据串联电路电流关系,求出电阻R中产生的焦耳热QR

第3小题正确答案及相关解析

正确答案

解析

金属杆中恰好不产生感应电流,金属杆不受安培力,将作匀加速运动,加速度设为a. 则 2mg-mg=3ma,,  即磁通量不变:Φ0t, hLB0=(h+h2)LBt

, 解得,磁感应强度B怎样随时间t变化关系: 。

考查方向

本题考查了电磁感应现象、能量守恒等知识点,在近几年的各省高考题出现的频率较高,常与物理学上电路、功能关系等知识点交汇命题。

解题思路

当回路中总磁通量不变时,金属棒中不产生感应电流,此时棒将导轨做匀加速运动.根据磁通量不变,列式求B与t的关系式.

易错点

关键是计算安培力和分析能量如何变化,以及把握没有感应电流产生的条件。