2016高考物理复习训练试题及答案:动力学和能量

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　　一、选择题(本大题共10小题,每小题7分,共70分。每小题至少一个答案正确,选不全得3分)

　　1.如图所示,在一匀强磁场中有一U型导线框bacd,线框处于水平面内,磁场与线框平面垂直,R为一电阻,ef为垂直于ab的一根导体杆,它可以在ab、cd上无摩擦地滑动,杆ef及线框中导体的电阻都可不计。开始时,给ef一个向右的初速度,则　(　　)

　　A.ef将减速向右运动,但不是匀减速

　　B.ef将匀速向右运动,最后静止

　　C.ef将匀速向右运动

　　D.ef将做往复运动

　　2.(2013·南岸区模拟)如图所示,闭合导线框的质量可以忽略不计,将它从如图所示的位置匀速拉出匀强磁场。若第一次用0.3s时间拉出,外力所做的功为W1,通过导线截面的电荷量为q1;第二次用0.9s时间拉出,外力所做的功为W2,通过导线截面的电荷量为q2,则　(　　)

　　A.W1W2,q1=q2 D.W1>W2,q1>q2

　　3.如图所示,水平光滑的平行金属导轨,左端接有电阻R,匀强磁场B竖直向下分布在导轨所在的空间内,质量一定的金属棒PQ垂直导轨放置。今使棒以一定的初速度v0向右运动,当其通过位置a、b时,速率分别为va、vb,到位置c时棒刚好静止,设导轨与棒的电阻均不计,a到b与b到c的间距相等,则金属棒在由a到b和由b到c的两个过程中　(　　)

　　A.回路中产生的内能相等

　　B.棒运动的加速度相等

　　C.安培力做功相等

　　D.通过棒横截面积的电荷量相等

　　4.(2013·南宁模拟)两根足够长的光滑导轨竖直放置,间距为L,底端接阻值为R的电阻。将质量为m的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端,金属棒和导轨接触良好,导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直,如图所示。除电阻R外其余电阻不计。现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放。则　(　　)

　　A.释放瞬间金属棒的加速度等于重力加速度g

　　B.金属棒向下运动时,流过电阻R的电流方向为a→R→b

　　C.金属棒的速度为v时,所受的安培力大小为F=

　　D.电阻R上产生的总热量等于金属棒重力势能的减少

　　5.如图所示,竖直平面内的虚线上方是一匀强磁场B,从虚线下方竖直上抛一正方形线圈,线圈越过虚线进入磁场,最后又落回原处,运动过程中线圈平面保持在竖直平面内,不计空气阻力,则　(　　)

　　A.上升过程克服磁场力做的功大于下降过程克服磁场力做的功

　　B.上升过程克服磁场力做的功等于下降过程克服磁场力做的功

　　C.上升过程克服重力做功的平均功率大于下降过程中重力的平均功率

　　D.上升过程克服重力做功的平均功率等于下降过程中重力的平均功率

　　6.在伦敦奥运会上,100m赛跑跑道两侧设有跟踪仪,其原理如图甲所示,水平面上两根足够长的金属导轨平行固定放置,间距为L=0.5m,一端通过导线与阻值为R=0.5Ω的电阻连接;导轨上放一质量为m=0.5kg的金属杆,金属杆与导轨的电阻忽略不计;匀强磁场方向竖直向下。用与导轨平行的拉力F作用在金属杆上,使杆运动。当改变拉力的大小时,相对应的速度v也会变化,从而使跟踪仪始终与运动员保持一致。已知v和F的关系如图乙。(取重力加速度g=10m/s2)则　(　　)

　　A.金属杆受到的拉力与速度成正比

　　B.该磁场磁感应强度为1T

　　C.图线在横轴的截距表示金属杆与导轨间的阻力大小

　　D.导轨与金属杆之间的动摩擦因数为μ=0.4

　　7.(2013·黄冈模拟)光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线,如图所示,抛物线的方程为y=x2,其下半部处在一个水平方向的匀强磁场中,磁场的上边界是y=a的直线(如图中的虚线所示)。一个小金属块从抛物线上y=b(b>a)处以速度v沿抛物线下滑,假设曲面足够长,则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是　(　　)

　　A.mgb　　　　　　　　B.mv2

　　C.mg(b-a) D.mg(b-a)+mv2

　　8.(2013·宁德模拟)如图所示,用粗细相同的铜丝做成边长分别为L和2L的两只闭合线框a和b,以相同的速度从磁感应强度为B的匀强磁场区域中匀速地拉到磁场外,则下列说法正确的是　(　　)

　　A.产生的焦耳热之比为1∶4

　　B.产生的焦耳热之比为1∶1

　　C.通过铜丝某截面的电量之比为1∶2

　　D.通过铜丝某截面的电量之比为1∶4

　　9.如图甲所示,竖直向上的匀强磁场的磁感应强度B0=0.5T,并且以=0.1T/s的变化率均匀增加。图像如图乙所示,水平放置的导轨不计电阻,不计摩擦阻力,宽度L=0.5m,在导轨上放着一金属棒MN,电阻R0=0.1Ω,并且水平细线通过定滑轮悬吊着质量M=0.2kg的重物。导轨上的定值电阻R=0.4Ω,与P、Q端点相连组成回路。又知PN长d=0.8m。在重物被拉起的过程中,下列说法中正确的是(g取10N/kg)　(　　)

　　A.电流的方向由P到Q

　　B.电流的大小为0.1A

　　C.从磁感应强度为B0开始计时,经过495s的时间,金属棒MN恰能将重物拉起

　　D.电阻R上产生的热量约为16J

　　10.一质量为m、电阻为r的金属杆ab以一定的初速度v0从一光滑的平行金属导轨底端向上滑行,导轨平面与水平面成30°角,两导轨上端用一电阻R相连,如图所示,磁场垂直斜面向上,导轨的电阻不计,金属杆向上滑行到某一高度之后又返回到底端时的速度大小为v,则　(　　)

　　A.向上滑行的时间小于向下滑行的时间

　　B.向上滑行时电阻R上产生的热量大于向下滑行时电阻R上产生的热量

　　C.向上滑行时与向下滑行时通过电阻R的电量相等

　　D.金属杆从开始上滑至返回出发点,电阻R上产生的热量为m(-v2)

　　二、计算题(本大题共2小题,共30分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)

　　11.(2013·南宁模拟)(12分)如图甲所示,光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在同一水平面上,两导轨间距L=0.30m。导轨电阻忽略不计,其间连接有固定电阻R=0.40Ω。导轨上停放一质量m=0.10kg、电阻r=0.20Ω的金属杆ab,整个装置处于磁感应强度B=0.50T的匀强磁场中,磁场方向竖直向下。用一外力F沿水平方向拉金属杆ab,使之由静止开始运动,电压传感器可将R两端的电压U采集并输入电脑,获得电压U随时间t变化的关系如图乙所示。

　　(1)试证明金属杆做匀加速直线运动,并计算加速度的大小;

　　(2)求第2s末外力F的瞬时功率;

　　(3)如果水平外力从静止开始拉动杆2s所做的功W=0.35J,求金属杆上产生的焦耳热。

　　12.(能力挑战题)(18分)如图所示,固定的水平光滑金属导轨,间距为L,左端接有阻值为R的电阻,处在方向垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场中,质量为m的导体棒与固定弹簧相连,放在导轨上,导轨与导体棒的电阻均可忽略。初始时刻,弹簧恰处于自然长度,导体棒具有水平向右的初速度v0。沿导轨往复运动的过程中,导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触。

　　(1)求初始时刻导体棒受到的安培力;

　　(2)若导体棒从初始时刻到速度第一次为零时,弹簧的弹性势能为Ep,则这一过程中安培力所做的功W1和电阻R上产生的焦耳热Q1分别为多少?

　　(3)导体棒做往复运动,最终将静止于何处?从导体棒开始运动直到最终静止的过程中,电阻R上产生的焦耳热Q为多少?

　　答案解析

　　1.【解析】选A。杆ef向右运动,所受安培力F=BIl=Bl=,方向向左,故杆做减速运动;v减小,F减小,杆做加速度逐渐减小的减速运动,A正确。

　　2.【解析】选C。设线框长为L1,宽为L2,第一次拉出速度为v1,第二次拉出速度为v2,则v1=3v2。匀速拉出磁场时,外力所做的功恰等于克服安培力所做的功,有W1=F1·L1=BI1L2L1=

　　同理W2=,故W1>W2

　　又由于两次拉出线框的过程中,磁通量的变化量相等,即ΔΦ1=ΔΦ2,由q=得q1=q2,选项C正确。

　　3.【解析】选D。棒由a到b再到c的过程中,速度逐渐减小。根据E=Blv,E减小,故I减小。再根据F=IlB,安培力减小,根据F=ma,加速度减小,B错误。由于a与b、b与c间距相等,故从a到b安培力做的功大于从b到c安培力做的功,故A、C错误。再根据平均感应电动势==,=,q=Δt得q=,故D正确。

　　4.【解析】选A、C。在释放的瞬间,金属棒速度为零,不受安培力的作用,只受重力,选项A正确。由右手定则可得,电流的方向从b经R到a,选项B错误。当速度为v时,产生的电动势为E=BLv,受到的安培力为F=BIL,计算可得F=,选项C正确。在运动的过程中,是弹簧的弹性势能、金属棒的重力势能和内能的转化,选项D错误。

　　【变式备选】如图所示,电阻为R,导线电阻均可忽略,ef是一电阻可不计的水平放置的导体棒,质量为m,棒的两端分别与ab、cd保持良好接触,又能沿足够长的框架无摩擦下滑,整个装置放在与框架垂直的匀强磁场中,当导体棒ef从静止下滑一段时间后闭合开关S,则S闭合后(　　)

　　A.导体棒ef的加速度可能大于g

　　B.导体棒ef的加速度一定小于g

　　C.导体棒ef最终速度随S闭合时刻的不同而不同

　　D.导体棒ef的机械能与回路内产生的电能之和一定守恒

　　【解析】选A、D。开关闭合前,导体棒只受重力而加速下滑,闭合开关时有一定的初速度v0,若此时F安>mg,则F安-mg=ma。

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