高三物理一轮单元卷第十一单元电磁感应b卷 有答案Word文件下载.docx
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高三物理一轮单元卷第十一单元电磁感应b卷 有答案Word文件下载.docx
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A.回路中恒定电流的大小与铜盘转速无关
B.回路中有大小和方向都做周期性变化的涡流
C.回路中电流方向不变,从M经导线流进电阻R,再从N流向铜盘
D.铜盘绕铜轴转动时,沿半径方向上的金属“条”切割磁感线,产生电动势
4.如图所示,等腰三角形内分布有垂直于纸面向外的匀强磁场,它的底边在x轴上且长为2L,高为L,纸面内一边长为L的正方形导线框沿x轴正方向做匀速直线运动穿过匀强磁场区域,在t=0时刻恰好位于如图所示的位置,以顺时针方向为导线框中电流的正方向,下面四幅图中能够正确表示导线框中的电流-位移(I-x)关系的是( )
5.如图甲,光滑平行且足够长的金属导轨ab、cd所在平面与水平面成θ角,b、c两端接有阻值为R的定值电阻。
阻值为r的金属棒PQ垂直导轨放置,其他部分电阻不计。
整个装置处在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直导轨平面向上。
从t=0时刻开始,棒受到一个平行于导轨向上的外力F作用,由静止开始沿导轨向上运动,运动中棒始终与导轨垂直且接触良好,通过R的感应电流I随时间t变化的图象如图乙所示。
下面分别给出了穿过回路PQcb的磁通量Φ、磁通量的变化率
、电阻R两端的电势差U和通过棒上某横截面的电荷量q随运动时间t变化的图象,其中正确的是( )
6.如图,在光滑水平桌面上有一边长为L、电阻为R的正方形导线框;
在导线框右侧有一宽度为d(d>L)的条形匀强磁场区域,磁场的边界与导线框的一边平行,磁场方向竖直向下。
导线框以某一初速度向右运动。
t=0时导线框的右边恰与磁场的左边界重合,随后导线框进入并通过磁场区域。
下列v-t图像中,能正确描述上述过程的是( )
7.如图,两平行金属导轨固定在水平面上,匀强磁场方向垂直导轨平面向下,金属棒ab、cd与导轨垂直构成闭合回路,且两棒都可沿导轨无摩擦滑动.用与导轨平行的水平恒力F向右拉cd棒,经过足够长时间以后( )
A.两棒间的距离保持不变
B.两棒都做匀速直线运动
C.两棒都做匀加速直线运动
D.ab棒中的电流方向由b流向a
8.如图,光滑平行金属导轨固定在水平面上,左端由导线相连,导体棒垂直静置于导轨上构成回路。
在外力F作用下,回路上方的条形磁铁竖直向上做匀速运动。
在匀速运动过程中外力F做功WF,磁场力对导体棒做功W1,磁铁克服磁场力做功W2,重力对磁铁做功WG,回路中产生的焦耳热为Q,导体棒获得的动能为Ek。
则( )
A.W1=QB.W2-W1=Q
C.W1=EkD.WF+WG=Ek+Q
9.如图,在水平桌面上放置两条相距l的平行光滑导轨ab与cd,阻值为R的电阻与导轨的a、c端相连。
质量为m、电阻不计的导体棒垂直于导轨放置并可沿导轨自由滑动。
整个装置放于匀强磁场中,磁场的方向竖直向上(图中未画出),磁感应强度的大小为B。
导体棒的中点系一个不可伸长的轻绳,绳绕过固定在桌边的光滑轻滑轮后,与一个质量也为m的物块相连,绳处于拉直状态。
现若从静止开始释放物块,用h表示物块下落的高度(物块不会触地),g表示重力加速度,其他电阻不计,则( )
A.电阻R中的感应电流方向由a到c
B.物块下落的最大加速度为g
C.若h足够大,物块下落的最大速度为
D.通过电阻R的电荷量为
10.如图所示,abcd为一矩形金属线框,其中ab=cd=L,ab边接有定值电阻R,cd边的质量为m,其他部分的电阻和质量均不计,整个装置用两根绝缘轻弹簧悬挂起来。
线框下方处在磁感应强度大小为B的匀强磁场中,磁场方向垂直于纸面向里。
初始时刻,使两弹簧处于自然长度,且给线框一竖直向下的初速度v0,当cd边第一次运动至最下端的过程中,R产生的电热为Q,此过程及以后的运动过程中ab边未进入磁场、cd边始终未离开磁场,已知重力加速度大小为g,下列说法中正确的是( )
A.初始时刻cd边所受安培力的大小为
-mg
B.线框中产生的最大感应电流可能为
C.在cd边第一次到达最下端的时刻,两根弹簧具有的弹性势能总量大于
mv02-Q
D.在cd边反复运动过程中,R中产生的电热最多为
mv02
二、(本题共4小题,共50分。
把答案填在题中的横线上或按题目要求作答。
解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案的不能得分。
有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
11.(12分)水平放置的两根平行金属导轨ad和bc,导轨足够长,导轨两端a、b和c、d两点分别连接电阻R1和R2,在水平面内组成矩形线框,如图所示,ad和bc相距L=0.5m,放在竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度为B=1T,一根电阻为0.2Ω的导体棒PQ跨接在两根金属导轨上,在外力作用下以4m/s的速度向右匀速运动,如果电阻R1=0.3Ω,R2=0.6Ω,导轨ad和bc的电阻不计,导体棒与导轨垂直且两端与导轨接触良好。
求:
(1)导体棒PQ中产生的感应电流的大小;
(2)导体棒PQ上感应电流的方向;
(3)导体棒PQ向右匀速滑动的过程中,外力做功的功率。
12.(12分)如图所示,间距为L的两根光滑
圆弧轨道置于水平面上,其轨道末端水平,圆弧轨道半径为r,电阻不计。
在其上端连有阻值为R0的电阻,整个装置处于如图所示的径向磁场中,圆弧轨道处的磁感应强度大小为B。
现有一根长度等于L、质量为m、电阻为R的金属棒从轨道的顶端PQ处由静止开始下滑,到达轨道底端MN时对轨道的压力为2mg(重力加速度为g)。
(1)金属棒到达轨道底端时金属棒两端的电压;
(2)金属棒下滑过程中通过电阻R0的电荷量。
13.(12分)如图所示,两根平行的光滑金属导轨MN、PQ放在水平面上,左端向上弯曲,导轨间距为l,电阻不计。
水平段导轨所处空间存在方向竖直向上的匀强磁场,磁感应强度为B。
导体棒a与b的质量均为m,接入电路的有效电阻分别为Ra=R,Rb=2R。
b棒放置在水平导轨上足够远处,a棒在弧形导轨上距水平面h高度处由静止释放。
运动过程中导体棒与导轨接触良好且始终与导轨垂直,重力加速度为g。
(1)求a棒刚进入磁场时受到的安培力的大小和方向;
(2)求最终稳定时两棒的速度大小;
(3)从a棒开始下落到最终稳定的过程中,求b棒上产生的内能。
14.(14分)如图所示,半径为L1=2m的金属圆环内上、下半圆各有垂直圆环平面的有界匀强磁场,磁感应强度大小均为B1=
T.长度也为L1、电阻为R的金属杆ab,一端处于圆环中心,另一端恰好搭接在金属环上,绕着a端沿逆时针方向匀速转动,角速度为ω=
rad/s。
通过导线将金属杆的a端和金属环连接到图示的电路中(连接a端的导线与圆环不接触,图中的定值电阻R1=R,滑片P位于R2的正中央,R2的总阻值为4R),图中的平行板长度为L2=2m,宽度为d=2m.图示位置为计时起点,在平行板左边缘中央处刚好有一带电粒子以初速度v0=0.5m/s向右运动,并恰好能从平行板的右边缘飞出,之后进入到有界匀强磁场中,其磁感应强度大小为B2,左边界为图中的虚线位置,右侧及上下范围均足够大。
(忽略金属杆与圆环的接触电阻、圆环电阻及导线电阻,忽略电容器的充放电时间,忽略带电粒子在磁场中运动时的电磁辐射的影响,不计平行金属板两端的边缘效应及带电粒子的重力和空气阻力)求:
(1)在0~4s内,平行板间的电势差UMN;
(2)带电粒子飞出电场时的速度;
(3)在上述前提下若粒子离开磁场后不会第二次进入电场,则磁感应强度B2应满足的条件。
物理卷(B)
答案
1.【答案】B
2.【答案】C
3.【答案】D
4.【答案】B
【解析】位移在0~L过程,磁通量增大,由楞次定律判断感应电流方向为顺时针方向,为正值,I=
,l=x,则I=
x;
位移在L~2L过程,磁通量先增大后减小,由楞次定律判断感应电流方向先为顺时针方向,为正值,后为逆时针方向,为负值;
位移在2L~3L过程,磁通量减小,由楞次定律判断感应电流方向为逆时针方向,为负值,I=
(3L-x),故选项B正确。
5.【答案】B
【解析】由于产生的感应电动势是逐渐增大的,而图象A描述磁通量与时间关系中斜率不变,产生的感应电动势不变,A错误;
回路中的感应电动势为:
E=
,感应电流为I=
=
,由题图乙可知:
I=kt,故有:
=k(R+r)t,所以图象B正确;
I均匀增大,电阻R两端的电势差U=IR=ktR,则知U与时间t成正比,C错误;
通过金属棒某横截面的电荷量为:
q=
t=
kt2,故有q-t图象为抛物线,并非过原点的直线,D错误。
6.【答案】D
【解析】导体切割磁感线时产生感应电流,同时产生安培力阻碍导体运动,利用法拉第电磁感应定律、安培力公式及牛顿第二定律可确定线框在磁场中的运动特点。
线框进入和离开磁场时,安培力的作用都是阻碍线框运动,使线框速度减小,由E=BLv、I=
及F=BIL=ma可知安培力减小,加速度减小,当线框完全进入磁场后穿过线框的磁通量不再变化,不产生感应电流,不再产生安培力,线框做匀速直线运动,故选项D正确。
7.【答案】CD
8.【答案】BCD
【解析】由能量守恒定律可知:
磁铁克服磁场力做功W2,等于回路的电能,电能一部分转化为内能,另一部分转化为导体棒的机械能,所以W2-W1=Q,故A错误,B正确;
以导体棒为对象,由动能定理可知,磁场力对导体棒做功W1=Ek,故C正确;
外力对磁铁做功与重力对磁铁做功之和为回路中的电能,也等于焦耳热和导体棒的动能,故D正确。
9.【答案】CD
【解析】导体棒向右运动切割磁感线,由右手定则可得回路中产生顺时针方向的感应电流,则电阻R中的电流方向由c到a,A错误;
对导体棒应用牛顿第二定律有FT-F安=ma,又F安=B
l,再对物块应用牛顿第二定律有mg-FT=ma,则联立可得:
a=
-
,则物块下落的最大加速度am=
,B错误;
当a=0时,速度最大为vm=
,C正确;
下落h的过程,回路中的面积变化量ΔS=lh,则通过电阻R的电荷量q=
,D正确。
10.【答案】BC
【解析】初始时刻,cd边速度为v0,若此时所受重力不大于安培力,则产生的感应电动势最大,为E=BLv0,感应电流I=
,cd边所受安培力的大小F=BIL=
,A错误,B正确。
由能量守恒定律,
mv02+mgh=Q+Ep,cd边第一次到达最下端的时刻,两根弹簧具有的弹性势能总量为Ep=
mv02-Q+mgh,大于
mv02-Q,C正确。
cd边最后静止在初始位置下方,重力做的功大于克服弹簧弹力做的功;
由能量守恒定律可知,导体棒的动能和减少的重力势能转化为焦耳热及弹簧的弹性势能,因减小的重力势能大于增加的弹性势能,所以热量应大于
mv02,故D错误。
11.(12分)
【解析】
(1)根据法拉第电磁感应定律,PQ产生的感应电动势
E=BLv=1×
0.5×
4V=2V
又R外=
Ω=0.2Ω
则感应电流的大小I=
A=5A
(2)根据右手定则判定电流方向为Q→P
(3)导体棒PQ匀速运动,则
F=F安=BIL=1×
5×
0.5N=2.5N
故外力做功的功率P=Fv=2.5×
4W=10W。
12.(12分)
(1)金属棒两端的电压为路端电压,当金属棒到达底端时,设棒的速度为v,由牛顿第二定律可得2mg-mg=m
,解得v=
由法拉第电磁感应定律可得E=BLv
根据闭合电路欧姆定律得金属棒两端电压U=
R0
联立即得U=
。
(2)通过电阻R0的电荷量q=
Δt
金属棒下滑过程中产生的感应电动势为
感应电流为
,解得q=
13.(12分)
(1)设a棒刚进入磁场时的速度为v,从开始下落到进入磁场
根据机械能守恒定律mgh=
mv2
a棒切割磁感线产生感应电动势E=Blv
根据闭合电路欧姆定律I=
a棒受到的安培力F=BIl
联立以上各式解得
F=
,方向水平向左。
(2)a棒进入磁场,切割磁感线产生感应电流
a棒和b棒均受安培力作用,F=IBl,大小相等、方向相反,所以a棒和b棒组成的系统动量守恒。
设两棒最终稳定速度为v′,以v的方向为正方向,则mv=2mv′
解得v′=
(3)设a棒产生的内能为Qa,b棒产生的内能为Qb
根据能量守恒定律
mv2=
×
2mv′2+Qa+Qb
两棒串联内能与电阻成正比Qb=2Qa
解得Qb=
mgh。
14.(14分)
(1)金属杆产生的感应电动势恒为E=
B1L
ω=2V
由电路的连接特点知:
E=I·
4R
U0=I·
2R=
=1V
T1=
=20s
由右手定则知:
在0~4s时间内,金属杆ab中的电流方向为b→a,则φa>
φb
则在0~4s时间内,φM<
φN,UMN=-1V
(2)粒子在平行板电容器内做类平抛运动,在0~
时间内水平方向L2=v0·
t1
t1=
=4s<
竖直方向
at
,E=
,vy=at1
得
=0.25C/kg,vy=0.5m/s
则粒子飞出电场时的速度v=
m/s
tanθ=
=1,所以该速度与水平方向的夹角θ=45°
(3)粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,由B2qv=m
得r=
由几何关系及粒子在磁场中运动的对称性可知,
r>
d时离开磁场后不会第二次进入电场,即B2<
=2T。
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