全国通用高考物理一轮复习第十章电磁感应第3讲电磁感应的综合问题练习.docx
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全国通用高考物理一轮复习第十章电磁感应第3讲电磁感应的综合问题练习
第3讲电磁感应的综合问题
一、选择题(每小题6分,共60分)
1.(2020•茂名二模y如图所示,一个有矩形边界的匀强磁场区域,磁场方向垂直纸面向里。
一个三角形闭合导线框,由位置1(左)沿纸面匀速运动到位置2(右),三角形底边长小于磁场区域边长。
取线框刚到达磁场边界的时刻为计时起点(t=0),规定逆时
针方向为电流的正方向,则图中能正确反映线框中电流与时间关系的是(A)
【解析】线框进入磁场过程中,磁通量增大,由楞次定律可知,感应电流方向为逆时针方向,即正方向,B、C项错误;由E=BLv可知,线框进出磁场过程中,切割磁感线的有效长度为线框与磁场边界交点的连线,故进、出磁场过程中,等效长度L先增大后减小,故感应电动势先增大后减小;由欧姆定律可知,感应电流也是先增大后减小的,故A项正确,D项错误。
2.(2020•福建高考)|如图,由某种粗细均匀的总电阻为3R的金属条制成的矩形线框abed,固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场B中。
一接入电路电阻为R
的导体棒PQ,在水平拉力作用下沿ab、de以速度v匀速滑动,滑动过程PQ始终与ab垂直,且与线框接触良好,不计摩擦。
在PQ从靠近ad处向be滑动的过程中(C)
A.PQ中电流先增大后减小
B.PQ两端电压先减小后增大
C.PQ上拉力的功率先减小后增大
D.线框消耗的电功率先减小后增大
【解析】由于导体棒匀速运动,因此导体棒中产生的电动势为定值,导体棒的电阻为电源的内阻,导体棒左右两边的线框组成互相并联的外电路,当导体棒从左到右运动的过程中,外电阻先变大后变小,由
占可知侍Q巾的电流先减小石増尢A顼错冕由口=
E-加可粗PQ两端的电压先增大后诚小川顶错误iPQ上拉力昂功率为P=
1=<
E3可见拉力的功率先减小石增大疋顶正硯〃卜电阻的最大值为<=
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R,由于外电阻总是小于电源内阻,且外电阻先增大后减小,由电源的输出功率随外电阻变化的关系可知,线框消耗的电功率先增大后减小,D项错误。
3.(2020•陕西西北工业大学附属中学模拟)矩形导线框abed放在匀强磁场中静止不动,磁场方向与线圈平面垂直,磁感应强度B随时间t变化的图象如图所示。
设t=0时刻,磁感应强度的方向垂直纸面向里,则在0~4s时间内,下列选项中能正确反映线框ab边所受的安培力随时间t变化的图象(规定ab边所受的安培力向左为正)的是
(D)
【解析】在0~2s内,线框中的感应电动势曰弋•S,对应的感应电流大小不变,由
楞次定律知方向为顺时针,而F=BILab,所以根据左手定则可知F的方向先向左后向右,F的大小与B成正比;同理可知在2~4s内F的方向也是先向左后向右,大小与B
成正比,故D项正确。
4.(2020•杭州质检)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空间内,质量一定的金属棒PQ垂直于导轨放置。
今使棒以一定的初速度vo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、b与b、c的间距相等,则金属棒在由a-b与b—c的两个过程中,下列说法中正确的是(B)
A.金属棒运动的加速度相等
B.通过金属棒横截面的电量相等
C.回路中产生的电能EabVEbc
D.金属棒通过a、b两位置时的加速度大小关系为aa 【解析】由 F=BIL,匸 ,由 于两个过程磁通量的变化量相同,故通过金属棒横截面的电量相等,B项正确;克服安培力做的功等于产生的电能,即W=FL由于安培力越来越小,故第二个过程克服安培力做的功小于第一个过程,C项错误。 5.如图所示,边长为L的正方形导线框质量为m,由距磁场H高处自由下落,其下边ab进入匀强磁场后,线圈开始做减速运动,直到其上边cd刚刚穿出磁场时,速度减为ab边进入磁场时的一半,磁场的宽度也为L,则线框穿越匀强磁场过程中产生的焦耳热为(C) A.2mgL B.2mgL+mgH C.2mgL+mgH D.2mgL+mgH 【解析】设ab刚进入磁场时的速度为vi,cd刚穿出磁场时的速度刊线框自开始进入磁场到完全穿出磁场共下蒋高度为弘由能量守恒有知说=££- V2= +mg*2L=扣诟+Q,解得。 =2mgL+j mgH,C项正确。 6.(2020•浙江六校联考)||如图,MN和PQ是电阻不计的平行金属导轨,其间距为L,导轨弯曲部分光滑,平直部分粗糙,右端接一个阻值为R的定值电阻。 平直部分导轨左边区域有宽度为d、方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。 质量为m,电阻也为R的金属棒从高度为h处静止释放,到达磁场右边界处恰好停止。 已知金属棒与平直部分导轨间的动摩擦因数为卩,金属棒与导轨间接触良好。 则金属棒穿过磁 场区域的过程中(D) A.流过金属棒的最大电流为'二二 B.通过金属棒的电荷量为- C.克服安培力所做的功为mgh D.金属棒产生的焦耳热为: mg(h-卩d) 【解析】根据题意知金属棒刚进入磁场时电流最大,E=BLv,由机械能守恒有 mgh= 可得』=*=f,A顶错■误;q=It=^-= mg( 笋,B项错易对整个过程由动談定理得吨內-WF^-iimgd=0,解得VKF安=朴破一呷抖Q=扌1叶去=扌 h-卩d),C项错误,D项正确。 7.如图所示,电阻不计的竖直光滑金属轨道PMN咪PMN部分是半径为r的扌圆弧,NQ部分水平且足够长,匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直于PMNQP面指向纸里.一 粗细均匀的金属杆质量为m,电阻为R,长为一r,从图示位置由静止释放,若当地的 重力加速度为g,金属杆与轨道始终保持良好接触,则(D) A.杆下滑过程机械能守恒 B.杆最终不可能沿NQ匀速运动 C.杆从释放到杆全部滑至水平轨道过程中产生的电能等于—— D.杆从释放到杆全部滑至水平轨道过程中,通过杆的电荷量等于 【解析】杆在下滑过程中,杆与金属导轨组成闭合回路,磁通量在改变,会产生感应电 流,杆将受到安培力作用,则杆的机械能不守恒,A项错误;杆最终滑至水平面时,不再做切割磁感线运动,不产生感应电流,不受安培力作用而做匀速运动,B项错误;杆从释放到滑至水平轨道过程,重力势能减小 滞化成由能和棒孑动爭•由能量夸恒走律得知杆上产生的斑能小干斗吨匚c顶诸误;杆与金屋导锂冃 )「根据推论9二宦得到通过杆的电量为g=竺乎Q项正确 8.(2020•焦作模拟)(多选)如图所示,两根足够长的光滑金属导轨水平平行放置,间距为L=1m,cd间、de间、cf间分别接有阻值为R=10Q的电阻。 一阻值为R=10Q的导体棒ab以速度v=4m/s匀速向左运动,导体棒与导轨接触良好;导轨所在平面存在磁感应强度大小为B=0.5T,方向竖直向下的匀强磁场,下列说法中正确的是 (BD A.导体棒ab中电流的流向为由b到a B.cd两端的电压为1V C.de两端的电压为1V D.fe两端的电压为1V 【解析】导体棒ab以速度v=4m/s匀速向左运动,由右手定则可判断出导体棒ab 中电流的流向由a到b,A项错误;感应电动势E=BLv=2V,感应电流匸冷=0.1A,cd 两端的电压为U=IR=1V,B项正确;由于de间没有电流,可知de两端的电压为零,fe两端的电压为1V,C项错误,D项正确。 9.(多选)如图,光滑斜面PMNQ勺倾角为9,斜面上放置一矩形导体线框abed,其中ab边长为Ii,be边长为12,线框质量为m电阻为R,有界匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直于斜面向上,ef为磁场的边界,且ef//MN线框在恒力F作用下从静止开始运动,其ab边始终保持与底边MN平行,F沿斜面向上且与斜面平行。 已知线框刚进入磁场时做匀速运动,则下列判断正确的是(ABC A.线框进入磁场前的加速度为: '…'' m B.线框进入磁场时的速度为_三』 C.线框进入磁场时有afbfefd方向的感应电流 D.线框进入磁场的过程中产生的热量为(F-mgsin9)l1 【解析】线框进入磁场前,根据牛顿第二定律得F-mgsin9=ma,得线框的加速度 a=^^」故厶项正确;线框刚进入磁场时做匀速运动,则F安+储如“只而F安m =sm=£尹_.解得科=当鬻严,故b项正确;线框进入磁场时,穿过线框的磁通 量增加,根据楞次定律判断知线框中感应电流方向为afbfcfd,故C项正确;由于线框刚进入磁场时做匀速运动,根据功能关系可知产生的热量Q=(F-mgsin9)l2,故D项错误。 10.(多选)在倾角为9的斜面上固定两根足够长的光滑平行金属导轨PQMN相距 为L,导轨处于磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直导轨平面向下。 有两根质量均为m的金属棒a、b,先将a棒垂直导轨放置,用跨过光滑定滑轮的细线与物块c连接,连接a棒的细线平行于导轨,由静止释放c,此后某时刻将b也垂直导轨放 置,a、c此刻起做匀速运动,b棒刚好能静止在导轨上。 a棒在运动过程中始终与导 A.物块c的质量是2msin0 B.b棒放上导轨前,物块c减少的重力势能等于a、c增加的动能 C.b棒放上导轨后,物块c减少的重力势能等于回路消耗的电能 D.b棒放上导轨后,a棒中电流大小是二二 【解析】b棒恰好静止,由受力平衡有mgsin0=F安,对a棒,安培力沿导轨平面向下,由平衡条件知mgsin0+F安=mg,由以上两式可得m=2msin0,A项正确;根据机械能守恒定律知,b棒放上导轨之前,物块c减少的重力势能应等于a棒、物块c增加的动能与a棒增加的重力势能之和,B项错误;根据能量守恒可知,b棒放上导轨后,物块 c减少的重力势能应等于回路消耗的电能与a棒增加的重力势能之和,C项错误;对b棒,设通过的电流为I,由平衡条件知mgsin0=F安=BIL,得 二、计算题(每小题20分,共40分) 11.如图所示,将边长为a、质量为m电阻为R的正方形导线框竖直向上抛出,穿过宽度为b、磁感应强度为B的匀强磁场区域,磁场的方向垂直纸面向里,线框向上离开磁场时的速度刚好是进入磁场时速度的一半,线框离开磁场后继续上升一段高度,然后落下并匀速进入磁场。 整个运动过程中始终存在着大小恒定的空气阻力f且线 框不发生转动。 求 (1)线框在下落阶段匀速进入磁场时的速度V2;(6分) ⑵线框在上升阶段刚离开磁场时的速度vi;(6分) (3)线框在上升阶段通过磁场过程中产生的焦耳热Q(8分) 解: (1)线框在下落阶段匀速进入磁场时有 F安=Bla1=^^mg=f+F安 解得V2=竺芈 (2)由动能定理得,线框从离开磁场至上升到最高点的过程有(mg+F)h=,: 线框从最高点回落至进入磁场瞬间有 17 (mg-Ff)h=? nw£ 解得v1=]叫讥 (3)线框在向上通过磁场过程中,由动能定理有 15,1 亍加瑁一=Q+(mg+f)(a+b) 且已知vo=2vi 解得Q^^[(mg)2-f]-(mg+f)(a+b) 12.(2020•福建泉港一中月考)|如图,两根相距L=0.4m、电阻不计的平行光滑金属导轨水平放置,一端与阻值R=0.15Q的电阻相连。 导轨x>0一侧存在沿x方向均匀增大的稳恒磁场,其方向与导轨平面垂直,变化率k=0.5T/m,x=0处磁场的磁感应强度B)=0.5T。 一根质量m=0.1kg、电阻r=0.05Q的金属棒置于导轨上,并与导轨垂直。 金属棒在外力作用下从x=0处以初速度vo=2m/s沿导轨向右运动,运动过程中电阻R上消耗的功率不变。 求: XXX XjXMX Vx 3" 3 (1)电路中的电流;(6分) ⑵金属棒在x=2m处的速度;(6分) (8分) (3)金属棒从x=0运动到x=2m过程中安培力做功的大小。 解: (1)在x=0处,E=BoLvo=O.5X0.4X2V=0.4V 电路中的电流 ⑵在x=2m处,磁感应强度B2=0.5T+0.5X2T=1.5T 因电阻消耗的功率不变,则电动势不变 E=BLv2 解得金属棒在x=2m处的速度V2亏m/s (3)金属棒从x=0开始运动时的安培力 F°=BdIL=0.5X2X0.4N=0.4N 到x=2m处的安培力 F2=E2IL=1.5X2X0.4N=1.2N 由题知安培力与磁感应强度成正比,即呈线性变化, 所以安培力做功的大小W=(F°+F2)x=1.6J
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- 全国 通用 高考 物理 一轮 复习 第十 电磁感应 综合 问题 练习