《变速运动下的含容问题》变速运动下的含容问题 - 人教版高考物理复习物理知识点练习 - 读趣百科

《变速运动下的含容问题》变速运动下的含容问题

1单选题

如图所示，水平面内有一平行金属导轨，导轨光滑且电阻不计．匀强磁场与导轨平面垂直．阻值为R的导体棒垂直于导轨静止放置，且与导轨接触．T=0时，将开关S由1掷到2．Q、i、v和a分别表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度和加速度．下列图象正确的是(　　)

A
B
C
D

题目答案

D

答案解析

分析：

知道电容器放电后会在电路中产生电流．

导体棒通有电流后会受到安培力的作用，会产生加速度而加速运动．

导体棒切割磁感线，速度增大，感应电动势增大，则电流减小，安培力减小，加速度减小．

解答：

解：开关S由1掷到2，电容器放电后会在电路中产生电流．

导体棒通有电流后会受到安培力的作用，会产生加速度而加速运动．

导体棒切割磁感线，速度增大，感应电动势E=Blv，即增大，

则实际电流减小，安培力F=BIL，即减小，加速度a=$\frac {F}{m}$，即减小．

因导轨光滑，所以在有电流通过棒的过程中，棒是一直加速运动(变加速)．

由于通过棒的电流是按指数递减的，那么棒受到的安培力也是按指数递减的，由牛顿第二定律知，它的加速度是按指数递减的．

由于电容器放电产生电流使得导体棒受安培力运动，而导体棒运动产生感应电动势会给电容器充电．当充电和放电达到一种平衡时，导体棒做匀速运动．

当棒匀速运动后，棒因切割磁感线有电动势，所以电容器两端的电压能稳定在某个不为0的数值，即电容器的电量应稳定在某个不为0的数值(不会减少到0)．这时电容器的电压等于棒的电动势数值，棒中无电流．

故选：D．

点评：

本题考查电容器放电及电磁感应和安培力及加速度、速度等．

电容器的充电和放电是与两极板间的电势差有关的．

纠错重做

2单选题

如图所示，水平面内有一平行金属导轨，导轨光滑且电阻不计．匀强磁场与导轨所在平面垂直．阻值为R的导体棒垂直于导轨静止放置，且与导轨接触良好．t=0时，将开关S由1掷到2．若分别用U、F、q和v表示电容器两端的电压、导体棒所受的安培力、通过导体棒的电荷量和导体棒的速度．则下列图象表示这些物理量随时间变化的关系中可能正确的是(　　)

A
B
C
D

题目答案

C

答案解析

分析：

解答本题应抓住：电容器放电后会在电路中产生电流．导体棒通有电流后会受到安培力的作用，会产生加速度而加速运动．导体棒切割磁感线，速度增大，感应电动势增大，由于感应电动势将电容器的电压抵消一些，回路中电流将减小，安培力减小，加速度减小，当感应电动势等于电容器的电压时，电路中无电流，达到一种平衡时，导体棒做匀速运动．通过分析导体棒的运动情况来求解．

解答：

解：首先分析导体棒的运动情况：开关S由1掷到2，电容器放电后会在电路中产生电流．导体棒通有电流后会受到安培力的作用，会产生加速度而加速运动．导体棒切割磁感线，速度增大，感应电动势增大，则电流减小，安培力减小，加速度减小．因导轨光滑，所以在有电流通过棒的过程中，棒是一直加速运动(变加速)．当感应电动势等于电容器的电压时，电路中无电流，达到一种平衡时，导体棒做匀速运动．

A、C当棒匀速运动后，棒因切割磁感线有电动势，所以电容器两端的电压能稳定在某个不为0的数值，即电容器的电量应稳定在某个不为0的数值(不会减少到0)．这时电容器的电压等于棒的电动势数值，棒中无电流，故A错误，C正确．

B、由于通过棒的电流是按指数递减的，那么棒受到的安培力也是按指数递减的，故F-t是曲线．故B错误．

D、导体棒先做加速度减小的变加速运动．由于电容器放电产生电流使得导体棒受安培力运动，而导体棒运动产生感应电动势会给电容器充电．当充电和放电达到一种平衡时，导体棒做匀速运动．故v-t图象是曲线后是直线．故D错误．

故选C．

点评：

本题考查电容器放电及电磁感应和安培力及加速度、速度等．电容器的充电和放电是与两极板间的电势差有关的．

纠错重做

3单选题

图中EF、GH为平行的金属导轨，其电阻可不计，R为电阻器，C为电容器，AB为可在EF和GH上滑动的导体横杆．有均匀磁场垂直于导轨平面．若用I$_1$和I$_2$分别表示图中该处导线中的电流，则当横杆AB(　　)

A
匀速滑动时，I$_1$=0，I$_2$=0
B
匀速滑动时，I$_1$≠0，I$_2$≠0
C
加速滑动时，I$_1$=0，I$_2$=0
D
加速滑动时，I$_1$≠0，I$_2$≠0

题目答案

D

答案解析

分析：

当AB切割磁感线时，相当于电源．匀速滑动，产生稳定的电动势，电容器“隔直流”，此时无电流通过电容器；加速滑动，电动势增大，电容器有充电电流．

解答：

解：当AB切割磁感线时，相当于电源．匀速滑动，电动势不变，电容器两端间的电压不变，所以I$_2$=0，I$_1$≠0；加速滑动，根据E=BLv，知电动势增大，电容两端的电压增大．所带的电量要增加，此时有充电电流，所以I$_1$≠0，I$_2$≠0．故A、B、C错误，D正确．

故选D．

点评：

解决本题的关键知道电容器的特点“隔直流”，两端间电压变化时，会有充电电流或放电电流．

纠错重做

4单选题

如图所示的甲、乙、丙图中，MN、PQ是固定在同一水平面内足够长的平行金属导轨．导体棒ab垂直放在导轨上，导轨都处于垂直水平面向下的匀强磁场中．导体棒和导轨间的摩擦不计，导体棒、导轨和直流电源的电阻均可忽略，甲图中的电容器C原来不带电．今给导体棒ab一个向右的初速度v_0，在甲、乙、丙图中导体棒ab在磁场中最终运动状态是（　　）

A
甲、丙中，棒ab最终将以相同速度做匀速运动；乙中ab棒最终静止
B
甲、丙中，棒ab最终将以不同速度做匀速运动；乙中ab棒最终静止
C
甲、乙、丙中，棒ab最终均做匀速运动
D
甲、乙、丙中，棒ab最终都静止

题目答案

B

答案解析

分析：

图甲中，导体棒向右运动切割磁感线产生感应电流而使电容器充电，分析电路中电流的变化，即可判断ab棒所受的安培力，确定ab棒的运动情况．

图乙中，导体棒向右运动切割磁感线产生感应电流，通过电阻R转化为内能，ab棒将做减速运动；图丙中，分析导体棒受到的安培力情况，判断ab棒的运动情况．

解答：

解：图甲中，导体棒向右运动切割磁感线产生感应电流而使电容器充电，当电容器C极板间电压与导体棒产生的感应电动势相等时，电路中没有电流，ab棒不受安培力，向右做匀速运动；图乙中，导体棒向右运动切割磁感线产生感应电流，通过电阻R转化为内能，ab棒速度减小，当ab棒的动能全部转化为内能时，ab棒静止；

图丙中，导体棒先受到向左的安培力作用向右做减速运动，速度减为零后再在安培力作用下向左做加速运动，当导体棒产生的感应电动势与电源的电动势相等时，电路中没有电流，ab棒向左做匀速运动．故B正确．

故选B

点评：

本题考查对电磁感应现象动态变化分析的问题，分析安培力的变化是关键，根据合力和速度方向的关系判断导体棒的运动情况．

纠错重做

5单选题

如图所示，水平放置的两根光滑平行金属导轨与一电容很大的电容器C串联，匀强磁场垂直穿过整个导轨平面．若放在导轨上的金属棒ab沿导轨以某一水平初速度v_0向右滑行时，它将(　　)

A
始终向右匀速前进
B
一直减速，直至静止
C
向右先作减速运动，后作匀速运动
D
最终在某一位置附近做往返运动

题目答案

C

答案解析

分析：

ab棒向右运动时产生感应电动势，对电容器充电，电路中充电电流，导体棒受到向左的安培力而做减速运动，当电容器板间电压等于ab棒产生的感应电动势时向右做匀速运动．通过分析受力情况来判断运动情况．

解答：

解：金属棒ab沿导轨以某一水平初速度v_0向右滑行时，产生感应电动势，相当于电源，对电容器充电，电路中充电电流，ab棒中感应电流方向向上，受到向左的安培力而做减速运动，当电容器板间电压等于ab棒产生的感应电动势时电路中电流为零，ab棒不受安培力而向右做匀速运动．故C正确，ABD错误．

故选：C

点评：

本题是电磁感应与力学知识的综合问题，关键要正确分析导体棒的受力情况，明确在充电过程中导体棒会受到安培力作用，电路中存在反电动势的情形．

纠错重做