2020年新高考名校物理50热点模拟试题分项解析28 电磁感应与动量结合问题（解析word版）.docx

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1、热点28电磁感应与动量结合问题高考真题1．（2018高考天津理综）真空管道超高速列车的动力系统是一种将电能直接转换成平动动能的装置。图1是某种动力系统的简化模型，图中粗实线表示固定在水平面上间距为l的两条平行光滑金属导轨，电阻忽略不计，ab和cd是两根与导轨垂直，长度均为l，电阻均为R的金属棒，通过绝缘材料固定在列车底部，并与导轨良好接触，其间距也为l，列车的总质量为m。列车启动前，ab、cd处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下，如图1所示，为使列车启动，需在M、N间连接电动势为E的直流电源，电源内阻及导线电阻忽略不计，列车启动后电源自动关

2、闭。（1）要使列车向右运行，启动时图1中M、N哪个接电源正极，并简要说明理由；（2）求刚接通电源时列车加速度a的大小；（3）列车减速时，需在前方设置如图2所示的一系列磁感应强度为B的匀强磁场区域，磁场宽度和相邻磁场间距均大于l。若某时刻列车的速度为，此时ab、cd均在无磁场区域，试讨论：要使列车停下来，前方至少需要多少块这样的有界磁场？【名师解析】本题考查线框在匀强磁场中的切割磁感线运动。（1）M接电源正极，列车要向右运动，安培力方向应向右，根据左手定则，接通电源后，金属棒中电流方向由a到b，由c到d，故M接电源正极。（2）由题意，启动时ab、cd并联，设回路总

3、电阻为，由电阻的串并联知识得①；设回路总电阻为I，根据闭合电路欧姆定律有②设两根金属棒所受安培力之和为F，有F=BIl③根据牛顿第二定律有F=ma④，联立①②③④式得⑤（3）设列车减速时，cd进入磁场后经时间ab恰好进入磁场，此过程中穿过两金属棒与导轨所围回路的磁通量的变化为，平均感应电动势为，由法拉第电磁感应定律有⑥，其中⑦；设回路中平均电流为，由闭合电路欧姆定律有⑧设cd受到的平均安培力为，有⑨以向右为正方向，设时间内cd受安培力冲量为，有⑩同理可知，回路出磁场时ab受安培力冲量仍为上述值，设回路进出一块有界磁场区域安培力冲量为，有⑪设列车停下来受到的总冲量

4、为，由动量定理有⑫联立⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫式得⑬讨论：若恰好为整数，设其为n，则需设置n块有界磁场，若不是整数，设的整数部分为N，则需设置N+1块有界磁场。⑭．2．(10分)【加试题】（2017年4月浙江选考）间距为l的两平行金属导轨由水平部分和倾斜部分平滑连接而成，如图所示。倾角为θ的导轨处于大小为B1方向垂直导轨平面向上的匀强磁场区间I中。水平导轨上的无磁场区间静止放置—质量为3m的“联动双杆”（由两根长为l的金属杆cd和ef用长度为L的刚性绝缘杆连接构成），在“联动双杆”右侧存在大小为B2、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场区间II，其长度大于L。质量为m、长为l的

5、金属杆ab从倾斜导轨上端释放，达到匀速后进入水平导轨（无能量损失），杆以与“联动双杆”发生碰撞，碰后杆ab和cd合在一起形成“联动三杆'。“联动三杆”继续沿水平导轨进人磁场区间II并从中滑出。运动过程中，杆ab、cd和ef与导轨始终接触良好，且保持与导轨垂直。已知杆ab、cd和ef电阻均为R=0.02Ω，m=0.1kg，l=0.5m，L=0.3m，θ=30°，B1=0.1T，B2=0.2T。不计摩擦阻力和导轨电阻，忽略磁场边界效应。求（1）杆ab在倾斜导轨上匀速运动时的速度v0；（2）“联动三杆”进人磁场区间II前的速度大小v1；（3）“联动三杆”滑过磁场区间I

6、I产生的焦耳热Q。【参考答案】(1)=6m/s(2)v’=1.5m/s(3)0.25J【考点】本题主要考察知识点：电磁感应与动量守恒定律综合应用【名师解析】将杆ab在倾斜导轨上运动所受的力沿着斜面和垂直斜面正交分解，匀速运动时重力沿斜面方向的分力与安培力平衡(1)感应电动势：E=B1lv0电流：I=安培力:F=B1Il杆ab在倾斜导轨上匀速运动,由平衡条件，F=mgsinθ联立解得：v0==6m/s。（2）由动量守恒定律，mv0=4mv解得：v=1.5m/s（3）进入B2磁场区域，设速度变化△v,根据动量定理有：B2Il△t=-4m△vI△t=△q，I=E/(1

7、.5R)，E=，△Ф=B2Ll联立解得：△v==-0.25m/s。出B2磁场后“联动三杆”的速度为：v’=v+2△v=1.5m/s+2（-0.25m/s）=1.0m/s“联动三杆”滑过磁场区间II产生的焦耳热Q=×4m(v2-v’2)=0.25J。3．（2018年4月浙江选考）如图所示，在竖直平面内建立xOy坐标系，在0≤x≤0.65m、y≤0.40m范围内存在一具有理想边界，方向垂直纸面向内的匀强磁场区域。一边长l=0.10m、质量m=0.02kg、电阻R=0.40的匀质正方形刚性导线框abcd处于图示位置，其中心的坐标为（0，0.65m）。现将线框以初速度v

8、0=2.0m/s水平向右