2022年高考冲刺物理百题精练 专题06 电磁感应、交变电流（含解析）

2022年高考冲刺物理百题精练 专题06 电磁感应、交变电流（含解析）1如图甲所示，相距为L的光滑平行金属导轨水平放置，导轨一部分处在以OO为右边界匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直导轨平面向下，导轨右侧接有定值电阻R，导轨电阻忽略不计。在距边界OO也为L处垂直导轨放置一质量为m、电阻r的金属杆ab。（1）若金属杆ab固定在导轨上的初位置，磁场的磁感应强度在t时间内由B均匀减小到零，求此过程中电阻R上产生的电量q。 （2）若ab杆在恒力作用下由静止开始向右运动3L距离，其速度位移的关系图象如图乙所示（图中所示量为已知量）。求此过程中电阻R上产生的焦耳热Q1。（3）若ab杆固定在导轨上的初始位置，使匀强磁场保持大小不变绕OO轴匀速转动。若磁场方向由图示位置开始转过的过程中，电路中产生的焦耳热为Q2. 则磁场转动的角速度大小是多少？1. 【解析】则 考点：本题考查了法拉第电磁感应定律。2如图所示，宽度为L的足够长的平行金属导轨固定在绝缘水平面上，导轨的两端连接阻值R的电阻导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B，一根质量m的导体棒MN放在导轨上与导轨接触良好，导体棒的有效电阻也为R，导体棒与导轨间的动摩擦因数为，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力导体棒MN的初始位置与导轨最左端距离为L，导轨的电阻可忽略不计 （1）若用一平行于导轨的恒定拉力F拉动导体棒沿导轨向右运动，在运动过程中保持导体棒与导轨垂直，求导体棒最终的速度；（2）若导体棒的初速度为，导体棒向右运动L停止，求此过程导体棒中产生的焦耳热；（3）若磁场随时间均匀变化，磁感应强度（k0），开始导体棒静止，从t=0 时刻起，求导体棒经过多长时间开始运动以及运动的方向2. 【解析】 （3） 导体棒恰好运动时 解得 由楞次定律得导体棒将向左运动 考点：本题考查了法拉第电磁感应定律。 3如图所示，两根等高的四分之一光滑圆弧轨道，半径为r、间距为L，图中oa水平，co竖直，在轨道顶端连有一阻值为R的电阻，整个装置处在一竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B。现有一根长度稍大于L、质量为m、电阻不计的金属棒从轨道的顶端ab处由静止开始下滑，到达轨道底端cd时受到轨道的支持力为2mg。整个过程中金属棒与导轨接触良好，轨道电阻不计，求：(1)金属棒到达轨道底端cd时的速度大小和通过电阻R的电流：(2)金属棒从ab下滑到cd过程中回路中产生的焦耳热和通过R的电荷量：(3)若金属棒在拉力作用下，从cd开始以速度v0向右沿轨道做匀速圆周运动，则在到达ab的过程中拉力做的功为多少?3.【解析】试题分析：（1）到达轨道底端cd时由牛顿定律： 解得 感应电动势 感应电流 所以 （2）由能量守恒定律得： 产生的焦耳热 平均感应电动势 平均感应电流 通过R的电荷量 解得 （3）金属棒中产生正弦交变电流的有效值 在四分之一周期内产生的热量 由功能关系有 解得拉力做的功为 考点：本题考查了法拉第电磁感应定律。4如图所示，两根半径为r的圆弧轨道间距为L，其顶端a、b与圆心处等高，轨道光滑且电阻不计，在其上端连有一阻值为R的电阻，整个装置处于辐向磁场中，圆弧轨道所在处的磁感应强度大小均为B将一根长度稍大于L、质量为m、电阻为R0的金属棒从轨道顶端ab处由静止释放已知当金属棒到达如图所示的cd位置（金属棒与轨道圆心连线和水平面夹角为）时，金属棒的速度达到最大；当金属棒到达轨道底端ef时，对轨道的压力为1.5mg求：（1）当金属棒的速度最大时，流经电阻R的电流大小和方向；（2）金属棒滑到轨道底端的整个过程中流经电阻R的电量；（3）金属棒滑到轨道底端的整个过程中电阻R上产生的热量4. 【解析】试题分析：（1）金属棒速度最大时，在轨道切线方向所受合力为0，则 解得： 流经R的电流方向为a-R-b （2）磁通量变化为 平均电动势， 电量 （3） 轨道最低点时： 由能量转化和守恒得： 电阻R上发热量 考点：本题考查了法拉第电磁感应定律。5如图所示，两平行的光滑金属导轨安装在一倾角的光滑绝缘斜面上，导轨间距L，导轨电阻忽略不计且足够长，一宽度为d的有界匀强磁场垂直于斜面向上，磁感应强度为B。另有一长为2d的绝缘杆将一导体棒和一边长为d（d L）的正方形线框连在一起组成的固定装置，总质量为m，导体棒中通有大小恒为I的电流，将整个装置置于导轨上。开始时导体棒恰好位于磁场的下边界处，由静止释放后装置沿斜面向上运动，当线框的下边运动到磁场的上边界MN处时装置的速度恰好为零，之后装置将向下运动，然后再向上运动，经过若干次往返后，最终整个装置将在斜面上作稳定的往复运动。已知B=2.5T，I=0.8A，L=0.5m，m=0.04kg，d=0.38m，取g10 m/s2，sin37=0.6，cos37=0.8。求：（1）装置被释放的瞬间，导线棒加速度的大小；（2）从装置被释放到线框下边运动到磁场上边界MN处的过程中，线框中产生的热量；（3）装置作稳定的往复运动后，导体棒的最高位置与最低位置之间的距离。5.【解析】试题分析：（1）由 代入数据解得 （2）设装置由静止释放到线框下边运动到磁场上边界的过程中，线框克服感应电流所受安培力做功为W，根据动能定理有 代入数据解得 （3）装置往复运动后，线框的上边到达磁场的下边将不再向上运动，导体棒的最高位置距磁场上边界为d 导体棒的最低位置在磁场内，设距离上边界为x，有 代入数据解得 即 考点：本题考查安培力、牛顿第二定律、动能定理。6如图甲，单匝圆形线圈c与电路连接，电阻R2两端与平行光滑金属直导轨p1e1f1、p2e2f2连接垂直于导轨平面向下、向上有矩形匀强磁场区域、，它们的边界为e1e2，区域中垂直导轨并紧靠e1e2平放一导体棒ab两直导轨分别与同一竖直平面内的圆形光滑绝缘导轨o1、o2相切连接，o1、o2在切点f1、f2处开有小口可让ab进入，ab进入后小口立即闭合已知：o1、o2的直径和直导轨间距均为d，c的直径为2d；电阻R1、R2的阻值均为R，其余电阻不计；直导轨足够长且其平面与水平面夹角为，区域的磁感强度为B0重力加速度为g在c中边长为d的正方形区域内存在垂直线圈平面向外的匀强磁场，磁感强度B随时间t变化如图乙所示，ab在t=0内保持静止（1）求ab静止时通过它的电流大小和方向；（2）求ab的质量m；（3）设ab进入圆轨道后能达到离f1f2的最大高度为h，要使ab不脱离圆形轨道运动，求区域的磁感强度B2的取值范围并讨论h与B2的关系式6.【解析】试题分析：(1)由法拉第电磁感应定律得c内感生电动势 由全电路欧姆定律有 （R2被ab短路）联立解得：根据楞次定律和右手螺旋定则（或者平衡条件和左手定则）判断ab中电流方向为ab(2) 由题意可知导轨平面与水平面夹角为， 对在t=0内静止的ab受力分析有联立解得： (3) 由题意知t=后，c内的磁感强度减为零，ab滑入区域，由直导轨足够长可知ab进入圆形轨道时已达匀速直线运动，设此时ab为v，其电动势为E2，电流为I2，由平衡条件得 由法拉第电磁感应定律得动生电动势由全电路欧姆定律有 （R1、R2并联）联立解得 由题意可知ab滑不过圆心等高点或者滑过圆轨道最高点均符合题意，分类讨论如下：()当即时，ab上滑过程由动能定理得，即() 设ab能滑到圆轨道最高点时速度为v1，根据牛顿第二定律应满足所以当即时，ab能滑到圆轨道最高点，有考点：法拉第电磁感应定律；牛顿第二定律；动能定理；7如图甲所示，一个质量m0.1kg的正方形金属框总电阻R0.5 ，金属框放在表面绝缘的斜面AABB的顶端(金属框上边与AA重合)，自静止开始沿斜面下滑，下滑过程中穿过一段边界与斜面底边BB平行、宽度为d的匀强磁场后滑至斜面底端(金属框下边与BB重合)，设金属框在下滑过程中的速度为v，与此对应的位移为x，那么v2-x图象如图乙所示，已知匀强磁场方向垂直斜面向上，金属框与斜面间的动摩擦因数0.5，斜面倾角=53取g10 m/s2，sin53= 0.8，cos53= 0.6。求：（1）金属框下滑加速度a和进入磁场的速度v1；（2）金属框经过磁场时受到的安培力FA大小和产生的电热Q；（3）匀强磁场的磁感应强度大小B。7.【解析】试题分析：（1）在金属框开始下滑阶段；由图可得：x1=0.9m；由牛顿第二定律可得：ma=mgsin-mgcos解得a=5m/s2由运动公式：v12=2ax1 解得：v1=3m/s（2）由图可知，金属框穿过磁场过程做匀速直线运动，线圈受力平衡，则mgsin-mgcos-FA=0解得FA=5N此过程中安培力做功：WA=-FA(L+d)=-5J 所以Q=-WA=5J （3）由安培力公式得：FA=BIL由法拉第电磁感应定律得：E=BLv1由闭合电路的欧姆定律得：联立解得：考点：本题考查了法拉第电磁感应定律。8如图甲所示，MN、PQ为间距L=05m足够长的平行导轨，NQ MN，导轨的电阳均不计。导轨平面与水平面间的夹角=37，NQ间连接有一个R=4的电阻。有一匀强磁场垂直于导轨平面且方向向上，磁感应强度为B0=1T。将一根质量为m=0.05kg的金属棒ab紧靠NQ放置在导轨上，且与导轨接触良好。现由静止释放金属棒，当金属棒滑行至cd处时达到稳定速度，已知在此过程中通过金属棒截面的电量q=0.2C，且金属棒的加速度a与速度v的关系如图乙所示，设金属棒沿导轨向下运动过程中始终与NQ平行。取g=10ms2。求：（1）金属棒与导轨间的动摩擦因数；（2）cd离NQ的距离s；（3）金属棒滑行至cd处的过程中，电阻R上产生的热量；（4）若将金属棒滑行至cd处的时刻记作t=0，从此时刻起，让磁感应强度逐渐减小，为使金属棒中不产生感应电流，则磁感应强度B应怎样随时间t变化?8.【解析】考点：本题旨在考查电磁感应。