如圖甲所示，兩根光滑的金屬導(dǎo)軌MN、PQ彼此平行，相距L=0.5m，與水平面成θ=37°角放置，在導(dǎo)軌的上部接有一滑動(dòng)變阻器，其最大阻值R=10Ω．一根質(zhì)量為m=50g、電阻r=2Ω的直導(dǎo)體棒ab與導(dǎo)軌垂直放置且與導(dǎo)軌接觸良好．在圖示的矩形虛線區(qū)域內(nèi)存在著垂直導(dǎo)軌平面向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)始終以速度v₀在矩形虛線區(qū)域內(nèi)沿著導(dǎo)軌勻速向上運(yùn)動(dòng)．當(dāng)滑片滑至滑動(dòng)變阻器的中點(diǎn)時(shí)，導(dǎo)體棒恰能在導(dǎo)軌上靜止不動(dòng)．金屬導(dǎo)軌的電阻不計(jì)，運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中總能保證金屬棒處于磁場(chǎng)中．設(shè)軌道足夠長(zhǎng)，重力加速度g取10m/s²，sin37°=0.6，cos37°=0.8．
（1）求磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的速度v₀是多大？
（2）現(xiàn)將滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值迅速變?yōu)?Ω，求導(dǎo)體棒穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度大小及該過(guò)程中安培力的最大功率．
（3）若將滑動(dòng)變阻器的滑片滑至某處后導(dǎo)體棒穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度用符號(hào)v表示，此時(shí)對(duì)應(yīng)電路的總電阻用符號(hào)R_總表示，請(qǐng)推導(dǎo)速度v隨總電阻R_總變化的關(guān)系式，并在圖乙中準(zhǔn)確地畫出此情況下的v-R_總圖象．

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如圖甲所示，兩根足夠長(zhǎng)的平行光滑金屬導(dǎo)軌固定放置在水平面上，間距L=0.2m，一端通過(guò)導(dǎo)線與阻值R=1Ω的電阻連接；導(dǎo)軌上放一質(zhì)量m=0.5kg的金屬桿，金屬桿與導(dǎo)軌垂直，接觸良好，金屬桿與導(dǎo)軌的電阻均忽略不計(jì)．整個(gè)裝置處于豎直向上的大小B=0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，現(xiàn)用與導(dǎo)軌平行的拉力F作用在金屬桿上，金屬桿運(yùn)動(dòng)的v-t圖象如圖乙所示．
求：
（1）拉力F的大小及電路的發(fā)熱功率；
（2）在0～10s內(nèi)，通過(guò)電阻R上的電量．

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如圖甲所示，兩根足夠長(zhǎng)的平行光滑金屬導(dǎo)軌固定放置在水平面上，間距L=0.2m，一端通過(guò)導(dǎo)線與阻值為R=1Ω的電阻連接；導(dǎo)軌上放一質(zhì)量為m=0.5kg的金屬桿，金屬桿與導(dǎo)軌的電阻均忽略不計(jì)．整個(gè)裝置處于豎直向上的大小為B=0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．現(xiàn)用與導(dǎo)軌平行的拉力F作用在金屬桿上，金屬桿運(yùn)動(dòng)的v-t圖象如圖乙所示．（取重力加速度g=10m/s²）求：
（1）t=10s時(shí)拉力的大小及電路的發(fā)熱功率．
（2）在0～10s內(nèi)，通過(guò)電阻R上的電量．

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如圖甲所示，兩根足夠長(zhǎng)的豎直光滑平行金屬導(dǎo)軌相距為L(zhǎng)₁=0.1m，導(dǎo)軌下端通過(guò)導(dǎo)線連接阻值R=0.4Ω的電阻．質(zhì)量為m=0.2kg、阻值r=0.1Ω的金屬棒ab與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸，整個(gè)裝置處于垂直導(dǎo)軌平面向外的均勻變化的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．
（1）若金屬棒距導(dǎo)軌下端為L(zhǎng)₂=0.2m，磁場(chǎng)隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示，為保持金屬棒靜止，試求作用在金屬棒中央、沿豎直方向的外力隨時(shí)間變化的關(guān)系式；
（2）若所加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小恒為B′，通過(guò)恒定功率P_m=6W的豎直向上的拉力使棒從靜止開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)，棒向上運(yùn)動(dòng)的位移隨時(shí)間變化的情況如圖丙所示，圖中OA段為曲線，AB段為直線，其反向延長(zhǎng)線與t軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為（0.6，0）．試求磁感應(yīng)強(qiáng)度B′的大小和變速運(yùn)動(dòng)階段在電阻R上產(chǎn)生的熱量．

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如圖甲所示，兩根足夠長(zhǎng)、電阻不計(jì)的光滑平行金屬導(dǎo)軌相距為L(zhǎng)₁=1m，導(dǎo)軌平面與水平面成θ=30°角，上端連接阻值R=1.5Ω的電阻；質(zhì)量為m=0.2kg、阻值r=0.5Ω的勻質(zhì)金屬棒ab放在兩導(dǎo)軌上，距離導(dǎo)軌最上端為L(zhǎng)₂=4m，棒與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸．整個(gè)裝置處于一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，該勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌平面垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間變化的情況如圖乙所示．（g=10m/s²）
（1）保持ab棒靜止，在0～4s內(nèi)，通過(guò)金屬棒ab的電流多大？方向如何？
（2）為了保持ab棒靜止，需要在棒的中點(diǎn)施加了一平行于導(dǎo)軌平面的外力F，求當(dāng)t=2s時(shí)，外力F的大小和方向；
（3）5s后，撤去外力F，金屬棒將由靜止開(kāi)始下滑，這時(shí)用電壓傳感器將R兩端的電壓即時(shí)采集并輸入計(jì)算機(jī)，在顯示器顯示的電壓達(dá)到某一恒定值后，記下該時(shí)刻棒的位置，測(cè)出該位置與棒初始位置相距2.4m，求金屬棒此時(shí)的速度及下滑到該位置的過(guò)程中在電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱．

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一、單項(xiàng)選擇題：本題共5小題，每小題3分，共15分

題   號(hào)

1

2

3

4

5

答   案

D

D

B

C

A

二、多項(xiàng)選擇題：本題共4小題，每小題4分，共16分．每題有多個(gè)選項(xiàng)符合題意，全部選對(duì)的得4分，選對(duì)但不全的得2分，錯(cuò)選或不答的得0分．

題   號(hào)

6

7

8

9

答   案

AC

AD

ABC

CD

三、簡(jiǎn)答題：本題分必做題（第10、11題）和選做題（第12題）兩部分，共計(jì)42分．請(qǐng)將解答填在答題卡相應(yīng)的位置．

10、⑴ ab ⑵ 變大  ⑶4.4

11、  a～m′  3kg   1.5 kg

12．選做題（請(qǐng)從A、B和C三小題中選定兩小題作答，并在答題卡上把所選題目對(duì)應(yīng)字母后的方框涂滿涂黑．如都作答則按A、B兩小題評(píng)分．）

A． (選修模塊3-3) (12分)

    ⑴CD  ⑵低   1/2  ⑶0.07Kg

B． (選修模塊3-4) (12分)

 ⑴圖略   0.245τ²   9.47  ⑵BC   ⑶200m 53°

C． (選修模塊3-5) (12分)

    ⑴AD  ⑵①BD  ②

四、計(jì)算題：本題共3小題，共47分．解答時(shí)請(qǐng)寫出必要文字說(shuō)明、方程式和重要的演算步驟．只寫出最后答案的不能得分．有數(shù)值計(jì)算的題，答案中須明確寫出數(shù)值和單位．

13．（1）由動(dòng)能定理，得

qU=mv₀²-0 ……①      ∴v₀=……… ②

（2）粒子從A₁點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)后，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)了四分之一周期后從B點(diǎn)出磁場(chǎng)，軌跡圓心為O₁，速度方向改變了90⁰，∵AC=0.6R，∴O點(diǎn)到A₁O₁距離為0.8R，

△OO₁A≌△OO₁B，∠A₁O₁O=∠BO₁O=45⁰，軌跡半徑

r=0.6R+0.8R=1.4R……………③

由牛頓定律，得

qv₀B = mv₀²/r……………④     ∴B = …………⑤

（3）電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為

t₁ = = ……………⑥

在AA₁之間做勻速直線運(yùn)動(dòng)，時(shí)間為

t₂ = = ……………⑦

在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，時(shí)間為

t₃= ==………………-⑧

粒子從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到出磁場(chǎng)過(guò)程的總時(shí)間

t = t₁+t₂+t₃ = + +

14．（1）本題要求小球停在Ｏ點(diǎn)或Ｏ點(diǎn)左方，必有：

　　　即：　　此為μ的上限

設(shè)小球到達(dá)左方最遠(yuǎn)點(diǎn)距O點(diǎn)的距離為，因最后停止點(diǎn)不能越過(guò)O點(diǎn)，滿足：

……………………………②

因B為最遠(yuǎn)點(diǎn)有：

………………………②

得：

代入（1）得：

令：

得：    

由此中知μ的取值范圍為：

（2）要讓小球在左方最遠(yuǎn)點(diǎn)B處停處，則必有：

……………………………③

由②③得

15．（1）釋放小球A前，物體B處于平衡狀態(tài)，

  得   故彈簧被拉長(zhǎng)了0.1cm

（2）小球從桿頂端運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的過(guò)程，由動(dòng)能定理：

                                             ①

其中

而

物體B下降的高度                               ②

由此可知，此時(shí)彈簧被壓縮了0.1m，則彈簧的彈性勢(shì)能在初、末狀態(tài)相同。

再以A、B和彈簧為系統(tǒng)，由機(jī)械能守恒：

                                      ③

對(duì)小球進(jìn)行速度分解可知，小球運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)物體B的速度       ④

由①②③④聯(lián)立可得：