高中物理综合题

如图12-2-28所示，半径为r的金属环绕通过某直径的轴OO′以角速度ω做匀速转动，匀强磁场的磁感应强度为B，从金属环面与磁场方向重合时开始计时，则在金属环转过30°角的过程中，环中产生的感应电动势是多大？

图12-2-28

如图所示，为水平面内平行放置的光滑金属长直导轨，间距为，处在竖直向下、磁感应强度大小为的匀强磁场中.一导体杆垂直于放在导轨上，在外力作用下向左做匀速直线运动.质量为、每边电阻均为、边长为₂的正方形金属框置于竖直平面内，两顶点通过细导线与导轨相连，磁感应强度大小为的匀强磁场垂直金属框向里，金属框恰好处于静止状态.不计其余电阻和细导线对点的作用力.

(1)通过边的电流是多大?
(2)导体杆的运动速度是多大?

如图17所示,一半径为r的圆形导线框内有一匀强磁场,磁场方向垂直于导线框所在平面,导线框的左端通过导线接一对水平放置的平行金属板,两板间的距离为d,板长为l.t=0时,磁场的磁感应强度B从B₀开始均匀增大,同时,在板2的左端且非常靠近板2的位置有一质量为m、带电荷量为-q的液滴以初速度v₀水平向右射入两板间,该液滴可视为质点.

图17
(1)要使该液滴能从两板间射出,磁感应强度随时间的变化率K应满足什么条件?
(2)要使该液滴能从两板间右端的中点射出,磁感应强度B与时间t应满足什么关系?

如图16，电阻不计的光滑U形导轨水平放置，导轨间距d="0.5" m，导轨一端接有R="4.0" Ω的电阻.有一质量m="0.1" kg、电阻r="1.0" Ω的金属棒ab与导轨垂直放置.整个装置处在竖直向下的匀强磁场中，磁场的磁感应强度B="0.2" T.现用水平力垂直拉动金属棒ab，使它以v="10" m/s 的速度向右做匀速运动.设导轨足够长.

图16
（1）求金属棒ab两端的电压；
（2）若某时刻撤去外力，从撤去外力到金属棒停止运动，求电阻R产生的热量.

如图15所示，电阻不计的平行金属导轨MN和OP水平放置，MO间接有阻值为R的电阻，导轨相距为d，其间有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B.质量为m、电阻为R的导体棒CD垂直于导轨放置，并接触良好.用平行于MN的恒力F向右拉动CD,CD受恒定的摩擦阻力F_f.已知F > F_f，求:

图15
（1）CD运动的最大速度是多少？
（2）当CD达到最大速度后，电阻R消耗的电功率是多少？
（3）当CD的速度是最大速度的13时，CD的加速度是多少？

图6，金属棒P从高h处以速度v₀沿光滑弧形平行导轨下滑，进入轨道的水平部分后，在自下而上垂直于导轨平面的匀强磁场中运动，磁感应强度为B.在轨道的水平部分原来静止放着另一根金属棒Q，已知m_P∶m_Q=3∶4，假设导轨足够长.试问:

（1）当P棒进入磁场后，P、Q棒各做什么运动？
（2）P棒刚进入磁场时，P、Q两棒加速度之比为多少？
（3）若两棒始终没有碰撞，求P和Q的最大速度；
（4）在整个过程中回路中消耗的电能是多少？（已知m_P）

如图14所示，水平面上平行放置的光滑金属导轨相距L="0.2" m，导轨置于磁感应强度B="0.5" T、方向与导轨平面垂直的匀强磁场中，导轨左端接阻值为R="1.5" Ω的电阻，导轨电阻可忽略不计.今把电阻r="0.5" Ω的导体棒MN放在导轨上，棒与导轨垂直，接触良好.若导体棒以v="10" m/s的速度匀速向右运动，求:

图14
（1）导体棒中感应电动势的大小及通过MN棒的电流大小；
（2）导体棒两端的电势差；
（3）维持导体棒做匀速运动所施加的向右的水平外力的大小.

长为L的金属棒ab,绕b端在垂直于匀强磁场的平面内以角速度ω匀速转动,磁感应强度为B,如图1所示.求ab两端的电势差.

图1

近期《科学》中文版的文章介绍了一种新技术——航天飞缆,航天飞缆是用柔性缆索将两个物体连接起来在太空飞行的系统.飞缆系统在太空飞行中能为自身提供电能和拖曳力,它还能清理“太空垃圾”等.从1967年至1999年的17次试验中,飞缆系统试验已获得部分成功.该系统的工作原理可用物理学的基本定律来解释.

图15
图15为飞缆系统的简化模型示意图,图中两个物体P、Q的质量分别为m_P、m_Q,柔性金属缆索长为l,外有绝缘层,系统在近地轨道做圆周运动,运动过程中Q距地面高为h.设缆索总保持指向地心,P的速度为v_P.已知地球半径为R,地面的重力加速度为g.
(1)飞缆系统在地磁场中运动,地磁场在缆索所在处的磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向外.设缆索中无电流,问缆索P、Q哪端电势高?此问中可认为缆索各处的速度均近似等于v_P,求P、Q两端的电势差;
(2)设缆索的电阻为R₁,如果缆索两端物体P、Q通过周围的电离层放电形成电流,相应的电阻为R₂,求缆索所受的安培力多大;
(3)求缆索对Q的拉力F_Q.

如图2所示,两根平行的金属导轨，固定在同一水平面上，磁感应强度B="0.05" T的匀强磁场与导轨所在平面垂直(图中未画出)，导轨的电阻很小，可忽略不计.导轨间的距离l="0.20" m.两根质量均为m="0.10" kg的平行金属杆甲、乙可在导轨上无摩擦地滑动，滑动过程中与导轨保持垂直，每根金属杆的电阻均为R="0.50" Ω.在t=0时刻，两杆都处于静止状态.现有一与导轨平行、大小为0.20 N的恒力F作用于金属杆甲上，使金属杆在导轨上滑动.经过t="5.0" s，金属杆甲的加速度为a="1.37" m/s².问此时两金属杆的速度各为多少？

图2

如图14所示，PR是一长为L="0.64" m 的绝缘平板,固定在水平地面上，挡板R固定在平板的右端.整个空间有一个平行于PR的匀强电场E，在板的右半部分有一个垂直于纸面向里的匀强磁场B，磁场的宽度为0.32 m.一个质量m=0.50×10^-3 kg、带电荷量q=5.0×10² C的小物体，从板的P端由静止开始向右做匀加速运动，从D点进入磁场后恰能做匀速直线运动.当物体碰到挡板R后被弹回，若在碰撞瞬间撤去电场（不计撤掉电场对原磁场的影响），物体返回时在磁场中仍做匀速运动，离开磁场后做减速运动，停在C点，PC=L/4.若物体与平板间的动摩擦因数μ=0.20,取g="10" m/s².

图14
（1）判断电场的方向及物体带正电还是带负电；
（2）求磁感应强度B的大小；
（3）求物体与挡板碰撞过程中损失的机械能.

如图13所示的坐标系，x轴沿水平方向，y轴沿竖直方向.在x轴上方空间的第一、第二象限内，既无电场也无磁场；在第三象限，存在沿y轴正方向的匀强电场和垂直xy平面（纸面）向里的匀强磁场；在第四象限，存在沿y轴负方向、场强大小与第三象限电场场强相等的匀强电场.一质量为m、电荷量为q的带电质点，从y轴上y=h处的P₁点以一定的水平初速度沿x轴负方向进入第二象限，然后经过x轴上x=-2h处的P₂点进入第三象限，带电质点恰好能做匀速圆周运动.之后经过y轴上y=-2h处的P₃点进入第四象限.已知重力加速度为g.求:

图13
（1）粒子到达P₂点时速度的大小和方向；
（2）第三象限空间中电场强度和磁感应强度的大小；
（3）带电质点在第四象限空间运动过程中最小速度的大小和方向.

磁流体发电是一种新型发电方式，图4中图（1）和图（2）是其工作原理示意图.图（1）中的长方体是发电导管，其中空部分的长、高、宽分别为l、a、b，前后两个侧面是绝缘体，上下两个侧面是电阻可略的导体电极，这两个电极与负载电阻R_L相连.整个发电导管处于图（2）中磁场线圈产生的匀强磁场里，磁感应强度为B，方向如图所示.发电导管内有电阻率为ρ的高温、高速电离气体沿导管向右流动，并通过专用管道导出.由于运动的电离气体受到磁场作用，产生了电动势.发电导管内电离气体流速随磁场有无而不同.设发电导管内电离气体流速处处相同，且不存在磁场时电离气体流速为v₀，电离气体所受摩擦阻力总与流速成正比，发电导管两端的电离气体压强差Δp维持恒定，求:

图4
（1）不存在磁场时电离气体所受的摩擦阻力F为多大？
（2）磁流体发电机的电动势E的大小；
（3）磁流体发电机发电导管的输入功率P.

如图2所示,在互相垂直的水平方向的匀强电场(E已知)和匀强磁场(B已知)中,有一固定的竖直绝缘杆,杆上套有一个质量为m、电荷量为+q的小球,它们之间的动摩擦因数为μ.现由静止释放小球,试分析小球运动的加速度和速度的变化情况,并求出最大速度v_m(mg>μgE).

图2

在同时存在匀强电场和匀强磁场的空间中取正交坐标系Oxyz(z轴正方向竖直向上)，如图17所示.已知电场方向沿z轴正方向，场强大小为E；磁场方向沿y轴正方向，磁感应强度的大小为B；重力加速度为g.问:一质量为m、带电荷量为+q的从原点出发的质点能否在坐标轴（x、y、z）上以速度v做匀速运动？若能，m、q、E、B、v及g应满足怎样的关系;若不能，请说明理由.

图17