《2020屆高考物理二輪復習 專題4 電磁感應與電路 第1講 電磁感應問題的綜合分析練習》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《2020屆高考物理二輪復習 專題4 電磁感應與電路 第1講 電磁感應問題的綜合分析練習(8頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、
第1講 電磁感應問題的綜合分析
一、選擇題:每小題給出的四個選項中,第1~2題只有一項符合題目要求,第3~5題有多項符合題目要求.
1.(2019年廣東名校模擬)以下說法正確的是( )
A.一個質(zhì)子(不計重力)穿過某一空間而未發(fā)生偏轉(zhuǎn),此空間可能存在磁場
B.一個質(zhì)子(不計重力)穿過某一空間而未發(fā)生偏轉(zhuǎn),此空間不可能存在電場
C.某電路的磁通量改變了,電路中一定有感應電流
D.導體棒在磁場中運動,導體棒兩端一定有電勢差
【答案】A
2.(2019年貴陽三模)在勻強磁場中,一個150匝的閉合矩形金屬線圈,繞與磁感線垂直的固定軸勻速轉(zhuǎn)動,穿過該線圈的磁通量隨時間的變化規(guī)律
2、如圖所示.設(shè)線圈總電阻為2 Ω,則( )
A.t=0時,線圈平面與磁感線方向垂直
B.t=1 s時,線圈中的電流改變方向
C.t=2 s時,線圈中磁通量的變化率為零
D.在2 s內(nèi),線圈產(chǎn)生的熱量為18π2 J
【答案】D
3.(2019年廣東汕尾質(zhì)檢)如圖所示,在平面上有兩條相互垂直且彼此絕緣的長通電直導線,以它們?yōu)樽鴺溯S構(gòu)成一個平面直角坐標系.四個相同的閉合圓形線圈在四個象限中完全對稱放置,兩條長直導線中電流大小與變化情況相同,電流方向如圖所示,當兩條導線中的電流都開始均勻增大時,四個線圈a、b、c、d中感應電流的情況是( )
A.線圈a中有感應電流
B.線圈b
3、中有感應電流
C.線圈c中有順時針方向的感應電流
D.線圈d中有逆時針方向的感應電流
【答案】AC
【解析】由右手螺旋定則可判定通電導線磁場的方向.a(chǎn)c象限磁場不為零,a中磁場垂直紙面向里,當電流增大時,線圈a中有逆時針方向的電流,A正確;其中bd區(qū)域中的磁通量為零,當電流變化時不可能產(chǎn)生感應電流,B D錯誤;ac區(qū)域磁場不為零,c中磁場垂直紙面向外,當電流增大時,線圈c中有順時針方向的電流,C正確;故選AC.
4.(2019屆贛中南五校聯(lián)考)如圖甲所示,abcd是位于豎直平面內(nèi)的正方形閉合金屬線框,在金屬線框的下方有一磁感應強度為 B 的勻強磁場區(qū)域,MN和M′N′是勻強磁場區(qū)域的
4、水平邊界,并與線框的bc邊平行,磁場方向與線框平面垂直.金屬線框由距 MN 的某一高度從靜止開始下落,圖乙是金屬線框由開始下落到完全穿過勻強磁場區(qū)域的v-t圖象.已知金屬線框的質(zhì)量為m,電阻為R,當?shù)氐闹亓铀俣葹間,圖象中坐標軸上所標出的 v1、v2、v3、t1、t2、t3、t4 均為已知量(下落過程中線框 abcd 始終在豎直平面內(nèi),且 bc 邊始終水平).根據(jù)題中所給條件,以下說法正確的是( )
甲 乙
A.可以求出金屬線框的邊長
B.線框穿出磁場時間(t4-t3)等于進入磁場時間(t2-t1)
C.線框穿出磁場與進入磁場過程所受安培力方向相同
D.線框
5、穿出磁場與進入磁場過程產(chǎn)生的焦耳熱相等
【答案】AC
【解析】由線框運動的 v-t 圖象,可知 0~t1 時間線框自由下落,t1~t2 時間線框進入磁場,t2~t3時間線框在磁場中只受重力作用加速下降,t3~t4 時間線框離開磁場.線框的邊長 l=v3(t4-t3),選項A正確;由于線框離開磁場時的速度 v3 大于進入磁場時的平均速度,因此線框穿出磁場時間小于進入磁場時間,選項B錯誤;線框穿出磁場與進入磁場過程所受安培力方向都豎直向上,選項C正確;線框進入磁場時,mgl=Q1+mv-mv,線框穿出磁場時,mgl=Q2,可見 Q1
6、量為m、電阻為R的單匝矩形線框靜止于粗糙斜面上,線框邊長ab=L、ad=2L,虛線MN過ad、bc邊中點.斜面傾角為θ,線框與斜面間的動摩擦因數(shù)為μ(μ>tan θ),設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力.從某時刻起,在MN右側(cè)加一方向垂直斜面向上的勻強磁場,磁感應強度大小按B=kt(k>0)的規(guī)律均勻變化.一段時間后,線框沿斜面向下運動,ab邊剛好勻速穿出磁場時的速度為v,重力加速度為g,則 ( )
A.線框剛開始運動時,感應電流的方向為abcd
B.線框剛開始運動時,線框中的電功率為P=
C.線框離開磁場的過程中安培力所做的功W=mv2
D.線框從開始運動到穿出磁場過程中通過導線截面
7、的電量q=
【答案】AD
【解析】磁場均勻增加,根據(jù)楞次定律,感應電流方向為abcd,A正確;線框剛要運動時,感應電流為I===,則線框中的電功率為P=I2R=,B錯誤;線框下滑過程中有重力、摩擦力、安培力三力做功,且重力沿斜面的分力小于摩擦力,根據(jù)動能定理,安培力做功大于動能變化量,C錯誤;由ab邊由勻速穿出磁場,由平衡條件得mgsin θ+BIL=μmgcos θ,運動過程中通過的電荷量為q==,聯(lián)立q=,D正確,故選AD.
二、非選擇題
6.(2019年河北衡水模擬)如圖所示,間距L=1 m且足夠長的平行金屬導軌與水平面夾角θ=37°,導軌一端接入阻值R=3 Ω的定值電阻,質(zhì)量m
8、=1 kg、阻值r=1 Ω的金屬棒置于導軌上,金屬棒通過跨過光滑定滑輪的輕質(zhì)細線與質(zhì)量M=1.2 kg的重物相連,整個系統(tǒng)處于垂直導軌平面斜向下、磁感應強度B=2 T的勻強磁場中.釋放重物后,金屬棒開始做加速運動,已知從開始運動直到達到最大速度的過程中重物一直未落地,金屬棒與導軌間因摩擦而產(chǎn)生的熱量Q=12 J,金屬棒與導軌始終垂直,二者間的動摩擦因數(shù)μ=0.5,重力加速度g=10 m/s2,sin 37°=0.6.
(1)求金屬棒加速運動過程中的最大加速度(保留一位小數(shù));
(2)求金屬棒從開始運動到達到最大速度的過程系統(tǒng)產(chǎn)生的焦耳熱;
(3)若在金屬棒達到最大速度后剪斷細線,金屬
9、棒將在沿導軌向上運動x′=0.15 m時速度恰好減為0,求剪斷細線后金屬棒減速運動的時間.
【答案】(1)0.9 m/s2 (2)1.6 J (3)0.185 s
【解析】(1)對系統(tǒng)由牛頓第二定律
Mg-mgsin θ-μmgcos θ-=(M+m)a
可知加速度隨速度的增大而減小,當速度為零時,加速度最大,即Mg-mgsin θ-μmgcos θ=(M+m)a
解得a≈0.9 m/s2.
(2)金屬棒達到最大速度后得
Mg=mgsin θ+μmgcos θ+
解得v=2 m/s;
從開始運動直到達到最大速度的過程中,金屬棒與導軌間因摩擦產(chǎn)生的熱量Q=μmgcos θ·x
10、=12 J
解得x=3 m
對金屬棒加速至最大速度的過程中,由能量守恒定律Mgx=mgsin θ·x+Q+(M+m)v2+QJ
解得QJ=1.6 J
(3)對金屬棒減速過程,由動量定理得
-mgsin θ·t-μmgcos θ·t-BLt=0-mv
其中 t=q==
解得q=0.075 C
代入可得t=0.185 s.
7.(2019年西安質(zhì)檢)如圖甲所示,兩條電阻不計的金屬導軌平行固定在傾角為37°的斜面上,兩導軌間距為L=0.5 m.上端通過導線與R=2 Ω的電阻連接,下端通過導線與RL=4 Ω的小燈泡連接.在CDFE矩形區(qū)域內(nèi)有垂直斜面向上的磁場,CE間距離d=2 m.
11、CDFE區(qū)域內(nèi)磁場的磁感應強度B隨時間變化的關(guān)系如圖乙所示.在t=0時,一阻值為R0=2 Ω的金屬棒從AB位置由靜止開始運動,在金屬棒從AB位置運動到EF位置過程中,小燈泡的亮度沒有發(fā)生變化.設(shè)導軌AC段有摩擦,其他部分光滑,金屬棒運動過程中始終與CD平行(g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8).求:
甲 乙
(1)通過小燈泡的電流強度;
(2)金屬棒與導軌AC段之間的動摩擦因數(shù);
(3)金屬棒從AB位置運動到EF位置過程中,整個系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量.
【答案】(1)0.1 A (2) (3)1.375 J
12、
【解析】(1)0~4 s內(nèi),由法拉第電磁感應定律得
E==Ld=0.5 V
由閉合電路歐姆定律得
IL==0.1 A.
(2)燈泡亮度不變,則全程通過燈泡的電流恒為IL,設(shè)金屬棒運動到CD時的速度為v,金屬棒在AC段的加速度為a,則依題意有
BLv=ILRL+(IL+IR)R0
ILRL=IRR
由牛頓第二定律可得
mgsin 37°-μmgcos 37°=ma
由運動學公式v=at1
由題圖乙可知t1=4 s,B=2 T
代入以上方程聯(lián)立可得
v=1.0 m/s,μ=.
(3)金屬棒在CE段做勻速直線運動,則有
mgsin 37°=B(IL+IR)L
解得m=
13、0.05 kg
BD段的位移x=t1=2 m
根據(jù)能量守恒有
EILt1+mg(x+d)sin 37°=mv2+Q
解得整個系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量
Q=1.375 J.
8.(2019屆惠州調(diào)研)如圖甲所示,放置在水平桌面上的兩條光滑導軌間的距離L=1 m,質(zhì)量m=1 kg的光滑導體棒放在導軌上,導軌左端與阻值R=4 Ω的電阻相連,導軌所在位置有磁感應強度為B=2 T的勻強磁場,磁場的方向垂直導軌平面向下,現(xiàn)在給導體棒施加一個水平向右的恒定拉力F,并每隔0.2 s測量一次導體棒的速度,乙圖是根據(jù)所測數(shù)據(jù)描繪出導體棒的v-t圖象.(設(shè)導軌足夠長)求:
甲
14、 乙
(1)力F的大??;
(2)t=1.6 s時,導體棒的加速度;
(3)若1.6 s內(nèi)導體棒的位移x=8 m,試計算1.6 s內(nèi)電阻上產(chǎn)生的熱量.
【答案】(1)F=10 N (2)2 m/s2 (3)48 J
【解析】(1)感應電動勢 E=BLv
感應電流I=
安培力F安=BIL
當速度最大時F=F安
解得F==10 N.
(2)當t=1.6 s時,v1=8 m/s
此時 F安==8 N
F-F安=ma
解得a=2 m/s2.
(3)由能量守恒得
Fx=Q+mv
解得1.6 s內(nèi)電阻上產(chǎn)生的熱量Q=48 J.
9.(2019年合肥一中一
15、模)如圖所示,光滑的金屬導軌固定在絕緣水平面上,導軌足夠長,電阻不計,兩軌間距為L,其左端連接一阻值為R的電阻.導軌處在豎直向下的勻強磁場中,磁感應強度大小為B,一質(zhì)量為m的金屬棒,放置在導軌上,其電阻為r,某時刻一水平力F垂直作用在金屬棒中點,金屬棒從靜止開始做勻加速直線運動,已知加速度大小為a,金屬棒始終與導軌接觸良好.
(1)從力F作用開始計時,請推導F與時間t關(guān)系式;
(2)F作用時間t0后撤去,求金屬棒能繼續(xù)滑行的距離s.
【答案】(1)F=at+ma (2)s=
【解析】(1)設(shè)t時刻,電路中電流為I,對金屬棒有
F-BIL=ma
根據(jù)閉合電路歐姆定律可得BLv=I(R+r)
金屬棒速度v=at聯(lián)立解得F=at+ma.
(2)撤去F瞬間,金屬棒速度v0=at0
在Δt時間內(nèi),取金屬棒速度方向為正方向.
由動量定理-F′安Δt=mΔv
兩邊求和∑-F′安Δt=∑mΔv
又F′安=·BL=
聯(lián)立可得-∑vΔt=-mat0
結(jié)合s=∑vΔt=.
- 8 -