2019-2020年高考物理一轮复习 专题四 电路和电磁感应 第10讲 电磁感应问题的综合分析提升训练.doc

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2019-2020年高考物理一轮复习 专题四 电路和电磁感应 第10讲 电磁感应问题的综合分析提升训练一、单项选择题1.如图1所示,图中的虚线为磁场的理想边界,方向垂直于纸面向里,一质量分布均匀的梯形导体框MNQP由图中位置开始匀速穿过磁场,已知MN、PQ间的距离与两虚线的间距相等。假设沿MNQP方向的电流为正,由图示的位置开始计时,则整个过程中导体框中感应电流随时间变化规律的图象为()图1解析由右手定则可以判断开始时电流应为负值,导体框切割磁感线的有效长度是均匀增加的,当导体框全部进入磁场到PQ边离开磁场,再次利用右手定则可以判断此时电流应为正值,而导体框切割磁感线的有效长度是均匀增加的,所以B项正确。答案B2.(xx云南一模)如图2甲所示,线圈ABCD固定于匀强磁场中,磁场方向垂直纸面向外,当磁场变化时,线圈AB边所受安培力向右且变化规律如图乙所示,则磁场的变化情况可能是图中的()图2解析AB边受的安培力向右,根据左手定则可知感应电流方向为顺时针方向,则感应电流的磁场与原磁场方向相反,说明原磁场在增强,C图不可能;安培力FBIL,I,ES,安培力大小不变,而磁感应强度在增大,说明感应电流的大小在减小,即Bt图象的斜率在减小,A、B图均不可能,D图是可能的。答案D3.(xx四川成都新津中学月考)如图3虚线上方空间有匀强磁场,扇形导线框绕垂直于框面的轴O以角速度匀速转动,线框中感应电流方向以逆时针为正,那么,能正确表明线框转动一周感应电流变化情况的是下列图中的哪一个()图3解析在0内,线框中没有感应电流;在内,EBLv,电流不随时间变化,方向为逆时针;在T内,线框全部在磁场中,没有感应电流;在TT内,EBLv,方向为顺时针,选项A正确。答案A4.如图4甲所示,质量为2 kg的绝缘板静止在粗糙水平地面上,质量为1 kg、边长为1 m、电阻为0.1 的正方形金属框ABCD位于绝缘板上,E、F分别为BC、AD的中点。某时刻起在ABEF区域内有竖直向下的磁场,其磁感应强度B1的大小随时间变化的规律如图乙所示,AB边恰在磁场边缘以外;FECD区域内有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度B20.5 T,CD边恰在磁场边缘以内。假设金属框受到的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取g10 m/s2,则()图4A.金属框中产生的感应电动势大小为1 VB.金属框受到向左的安培力大小为1 NC.金属框中的感应电流方向沿ADCB方向D.如果金属框与绝缘板间的动摩擦因数为0.3,则金属框可以在绝缘板上保持静止解析因为ES,而左边磁场的有效面积仅限于ABEF之内,所以E0.5 V,选项A错误;电流I5 A,由楞次定律可知金属框中的感应电流方向沿ABCD方向,选项C错误;CD边处于竖直向上的匀强磁场中,则F安B2IL2.5 N,由左手定则可知方向向右,选项B错误;设金属框的质量为m,如果金属框与绝缘板间的动摩擦因数为0.3,则金属框与绝缘板间的最大静摩擦力Ffmaxmg3 N,因为F安Ffmax,所以金属框可以在绝缘板上保持静止,选项D正确。答案D5.阻值为R的电阻和不计电阻的导线组成如图5所示的滑轨,滑轨与水平面成角,匀强磁场垂直滑轨所在的平面,宽滑轨的宽度是窄滑轨宽度的2倍。一质量为m、电阻不计的导体棒ab垂直滑轨放置,彼此接触良好。不计导体棒与滑轨间的摩擦,导体棒从靠近电阻R处由静止释放,在滑至窄滑轨之前已做匀速运动,其匀速运动的速度为v,窄滑轨足够长。则下列说法正确的是()图5A.导体棒进入窄滑轨后,一直做匀速直线运动B.导体棒在窄滑轨上先做减速运动再做匀速运动C.导体棒在窄滑轨上匀速运动时的速度为2vD.导体棒在宽、窄两滑轨上匀速运动时电阻R上产生的热功率之比为14解析设宽滑轨的宽度为L,窄滑轨的宽度为L,则L,由于导体棒在进入窄滑轨前已做匀速运动,故有mgsin BIL。导体棒进入窄滑轨后,因为LL,所以mgsin ,导体棒将加速下滑,当mgsin ,即v4v时,导体棒将再次做匀速运动,故选项A、B、C错误;导体棒在宽、窄两滑轨上匀速运动时,感应电动势之比,又P,所以导体棒在宽、窄两滑轨上匀速运动时电阻R上产生的热功率之比为14,选项D正确。答案D6.(xx安徽理综,19)如图6所示,abcd为水平放置的平行“”形光滑金属导轨,间距为l,导轨间有垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度大小为B,导轨电阻不计。已知金属杆MN倾斜放置,与导轨成角,单位长度的电阻为r,保持金属杆以速度v沿平行于cd的方向滑动(金属杆滑动过程中与导轨接触良好)。则()图6A.电路中感应电动势的大小为B.电路中感应电流的大小为C.金属杆所受安培力的大小为D.金属杆的发热功率为解析电路中的感应电动势EBlv,感应电流I故A错误,B正确;金属杆所受安培力大小FBI,故C错误;金属杆的发热功率PI2RI2 r,故D错误。答案B二、多项选择题7.如图7所示,水平放置的平行板电容器与线圈连接,线圈内有垂直于纸面(设向里为正方向)的匀强磁场。为使带负电的微粒静止在板间,磁感应强度B随时间t变化的图象应是()图7解析由题意可知,带负电的微粒静止在板间,受到电场力与重力平衡,则有mgqEq,解得极板间的电压为U,保持不变,则线圈中产生的感应电动势恒定不变,根据法拉第电磁感应定律可知B随时间均匀变化。由于微粒带负电,则由平衡条件知,微粒所受的电场力方向向上,上极板带正电,则线圈中产生的感应电动势的方向沿逆时针方向,根据楞次定律可知,当磁场方向垂直于纸面向里时,B均匀增大,当磁场方向垂直于纸面向外时,B均匀减小,故选项B、C正确。答案BC8.如图8所示,正方形金属线圈abcd平放在粗糙水平传送带上,被电动机带动一起以速度v匀速运动,线圈边长为L,电阻为R,质量为m,有一边界长度为2L的正方形磁场垂直于传送带,磁感应强度为B,线圈穿过磁场区域的过程中速度不变,下列说法中正确的是()图8A.线圈穿出磁场时感应电流的方向沿abcdaB.线圈进入磁场区域时受到水平向左的静摩擦力,穿出区域时受到水平向右的静摩擦力C.线圈经过磁场区域的过程中始终受到水平向右的静摩擦力D.线圈经过磁场区域的过程中,电动机多消耗的电能为解析正方形金属线圈abcd穿出磁场区域时,磁通量减小,根据楞次定律,线圈中感应电流的方向沿abcda,选项A正确;线圈进入磁场区域时,bc边切割磁感线,产生感应电流的方向是cb,受到的安培力水平向左,根据二力平衡可知,静摩擦力向右,穿出区域时,ad边切割磁感线,产生da方向的感应电流,受到的安培力水平向左,根据二力平衡可知,线圈受到的静摩擦力向右,选项B错误;线圈abcd全部在磁场中运动时,不产生感应电流,线圈不受摩擦力作用,选项C错误;线圈经过磁场区域的过程中,电动机多消耗的电能W2FL,选项D正确。答案AD9.(xx台州市高三期末质量评估)在如图9所示的倾角为的光滑斜面上,存在着两个磁感应强度大小均为B的匀强磁场,区域的磁场方向垂直斜面向上,区域的磁场方向垂直斜面向下,磁场的宽度均为L。一个质量为m、电阻为R、边长也为L的正方形导线框,由静止开始沿斜面下滑,t1时刻ab边刚越过GH进入磁场区,此时线框恰好以速度v1做匀速直线运动;t2时刻ab边下滑到JP与MN的中间位置,此时线框又恰好以速度v2做匀速直线运动。重力加速度为g,下列说法中正确的是()图9A.线框两次匀速直线运动的速度之比v1v221B.从t1到t2过程中,线框中通过的电流方向先是由adcb,然后是从abcdC.从t1到t2过程中,线框克服安培力做功的大小等于重力势能的减少量D.从t1到t2过程中,有的机械能转化为电能解析根据题意,第一次匀速运动时,mgsin ,第二次匀速运动时,mgsin ,解得v1v241,选项A错误;根据楞次定律可以判断,选项B中所判断的感应电流的方向是正确的,选项B正确;线框克服安培力做的功等于导线框产生的热量,根据能量守恒定律,线框克服安培力做的功等于重力势能的减少量和动能的减少量之和,重力势能的减少量为,动能的减少量为,选项C错误,选项D正确。答案BD三、计算题10.(xx福建漳州八校联考)如图10所示,两平行导轨间距L0.1 m,足够长光滑的倾斜部分和粗糙的水平部分圆滑连接,倾斜部分与水平面的夹角30,垂直斜面方向向上的磁场的磁感应强度B0.5 T,水平部分没有磁场。金属棒ab质量m0.005 kg,电阻r0.02 ,运动中与导轨有良好接触,并且垂直于导轨,电阻R0.08 ,其余电阻不计,当金属棒从斜面上离地高h1.0 m以上任何地方由静止释放后,在水平面上滑行的最大距离x都是1.25 m(g取10 m/s2)。求:图10(1)棒在斜面上的最大速度;(2)水平面的动摩擦因数;(3)从高度h1.0 m处滑下后电阻R上产生的热量。解析(1)由题意知金属棒从离地高h1.0 m以上任何地方由静止释放后,在到达水平面之前已经开始匀速运动。设最大速度为v,则感应电动势EBLv,感应电流I,安培力FBIL,匀速运动时,有mgsin F,解得v1.0 m/s。(2)在水平面上运动时,金属棒所受滑动摩擦力fmg,金属棒在摩擦力作用下做匀减速运动,有fma,v22ax,解得0.04。(用动能定理同样可以解答)(3)下滑的过程中,由动能定理可得mghWmv2,克服安培力所做的功等于电路中产生的电热,有WQ,电阻R上产生的热量QRQ,解得QR3.8102 J。答案(1)1.0 m/s(2)0.04(3)3.8102 J11.(xx江阴市高三质量检测)在距离水平地面高度为h0.8 m处有一与地面平行的虚线,如图11所示,在虚线的上方存在垂直纸面向里的匀强磁场,一边长为l0.2 m的正方形导体框MNPQ竖直放置在虚线的正下方,现对导体框施加一竖直向上的恒力F2 N,使导体框向上运动,经一段时间导体框刚好以v02 m/s的速度进入磁场做匀速直线运动。当导体框的PQ边与虚线重合时立刻将恒力F撤走,导体框上升到最高点后按原路返回,直到落地为止,假设整个过程中导体框的PQ边始终与虚线平行。已知导体框的质量为m0.1 kg、阻值为R0.08 ,重力加速度为g10 m/s2。图11(1)求虚线上方的磁场的磁感应强度大小;(2)从导体框开始进入磁场到上升到最高点所用的时间;(3)导体框落地时的速度大小。解析(1)导体框的MN边刚进入磁场时,感应电流I导体框刚进入磁场时做匀速直线运动,有FmgBIl代入数据解得B1 T。(2)设导体框进入磁场做匀速直线运动的时间为t1,有t10.1 s导体框全部进入磁场后做竖直上抛运动,到最高点时所用时间t20.2 s导体框从开始进入磁场到上升到最高点所用时间tt1t20.3 s。(3)导体框从最高点回到磁场边界时速度大小不变,导体框所受安培力大小也不变,则F安mg因此,导体框穿出磁场过程还是做匀速直线运动,离开磁场后做竖直下抛运动,由机械能守恒定律可得mv2mvmg(hl)代入数据解得导体框落地时的速度v4 m/s。答案(1)1 T(2)0.3 s(3)4 m/s12.如图12所示,两足够长的平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为L,导轨平面与水平面的夹角30,导轨电阻不计,磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面向上。长为L的金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上,且始终与导轨接触良好,金属棒的质量为m、电阻为R。两金属导轨的上端连接一个灯泡,灯泡的电阻也为R。现闭合开关K,给金属棒施加一个方向垂直于杆且平行于导轨平面向上的、大小为F2mg的恒力,使金属棒由静止开始运动,当金属棒达到最大速度时,灯泡恰能达到它的额定功率。重力加速度为g。图12(1)求金属棒能达到的最大速度vm;(2)求灯泡的额定功率PL;(3)若金属棒上滑距离为s时速度恰达到最大,求金属棒由静止开始上滑2s的过程中,金属棒上产生的电热Q1。解析(1)金属棒先做加速度逐渐减小的加速运动,当加速度为零时,金属棒达到最大速度,此后开始做匀速直线运动。设最大速度为vm,则速度达到最大时有:EBLvmIFBILmgsin 解得:vm(2)PLI2R解得:PL(3)设整个电路放出的电热为Q,由能量守恒定律有:F2sQmgsin 2smv由题意可知Q1解得:Q1mgs答案(1)(2)(3)mgs
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