2019-2020年高考物理一轮复习 第10章 第3课 电磁感应规律的综合应用练习.doc

2019-2020年高考物理一轮复习 第10章 第3课 电磁感应规律的综合应用练习1电源和电阻2电流方向在外电路，电流由高电势流向低电势；在内电路，电流由低电势流向高电势图象类型(1)随时间t变化的图象，如Bt图象、t图象、Et图象和It图象(2)随位移x变化的图象，如Ex图象和Ix图象问题类型(1)由给定的电磁感应过程判断或画出正确的图象(2)由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量(用图象)应用知识左手定则、安培定则、右手定则、楞次定律、法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律、函数图象等知识1安培力的大小F2安培力的方向(1)先用右手定则判定感应电流的方向，再用左手定则判定安培力的方向(2)根据楞次定律，安培力的方向一定和导体切割磁感线运动的方向相反1电磁感应现象的实质是其他形式的能和电能之间的转化2感应电流在磁场中受安培力，外力克服安培力做功，将其他形式的能转化为电能，电流做功再将电能转化为其他形式的能3电流做功产生的热量与安培力做功相等1如图所示，图中两条平行虚线之间存在匀强磁场，虚线间的距离为l，磁场方向垂直纸面向里abcd是位于纸面内的梯形线圈，ad与bc间的距离也为l.t0时刻，bc边与磁场区域边界重合(如图)现令线圈以恒定的速度v沿垂直于磁场区域边界的方向穿过磁场区域取沿abcda的感应电流为正，则在线圈穿越磁场区域的过程中，感应电流i随时间t变化的图线可能是下图中的(B)解析：当线圈进入磁场的过程中，由楞次定律可判断感应电流的方向为adcba，与规定的电流正方向相反所以电流值为负值，当线圈出磁场的过程中，由楞次定律可判断感应电流的方向为abcda，与规定的电流方向相同所以电流值为正值，又两种情况下有效切割磁感线的长度均不断增加，则感应电动势逐渐增大，感应电流逐渐增大，所以B选项正确2如图所示电路，两根光滑金属导轨，平行放置在倾角为的斜面上，导轨下端接有电阻R，导轨电阻不计，斜面处在竖直向上的匀强磁场中，电阻可略去不计的金属棒ab质量为m，受到沿斜面向上且与金属棒垂直的恒力F的作用，金属棒沿导轨匀速下滑，则它在下滑高度h的过程中以下说法正确的是(AC)A作用在金属棒上各力的合力做功为零B重力做的功等于系统产生的电能C金属棒克服安培力做的功等于电阻R上产生的焦耳热D金属棒克服恒力F做的功等于电阻R上产生的焦耳热解析：根据动能定理，合力做的功等于动能的增量，故A对；重力做的功等于重力势能的减少，重力做的功等于克服F所做的功与产生的电能之和而克服安培力做的功等于电阻R上产生的焦耳热，所以B、D错，C对3如图所示，质量m10.1 kg，电阻R10.3 ，长度l0.4 m的导体棒ab横放在U型金属框架上，框架质量m20.2 kg，放在绝缘水平面上，与水平面间的动摩擦因数0.2，相距0.4 m的MM、NN导轨相互平行，电阻不计且足够长电阻R20.1 的MN垂直于MM.整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B0.5 T垂直于ab施加F2 N的水平恒力，ab从静止开始无摩擦地运动，始终与MM、NN保持良好接触，当ab运动到某处时，框架开始运动设框架与水平面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10 m/s2.(1)求框架开始运动时ab速度v的大小；(2)从ab开始运动到框架开始运动的过程中，MN上产生的热量Q0.1 J求该过程ab位移x的大小解析：(1)ab对框架的压力：F1m1g，框架受水平面的支持力：FNm2gF1，依题意，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则框架受到最大静摩擦力：F2FN，ab中的感应电动势：EBlv，MN中电流：I，MN受到的安培力：F安IlB，框架开始运动时：F安F2，由上述各式代入数据解得：v6 m/s.(2)闭合回路中产生的总热量：Q总Q，由能量守恒定律，得：Fxm1v2Q总代入数据解得：x1.1 m.答案：(1)6 m/s(2)1.1 m课时作业一、单项选择题1如图所示，竖直平面内有一金属环，半径为a，总电阻为R(指拉直时两端的电阻)，磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过环平面，在环的最高点A用铰链连接长度为2a、电阻为的导体棒AB，AB由水平位置紧贴环面摆下，当摆到竖直位置时，B点的线速度为v，则这时AB两端的电压大小为(A)A. B. C. DBav解析：摆到竖直位置时，AB切割磁感线的瞬时感应电动势EB2aBav.由闭合电路欧姆定律，UABBav，故选A.2如图所示，用粗细相同的铜丝做成边长分别为L和2 L的两只闭合线框a和b，以相同的速度从磁感应强度为B的匀强磁场区域中匀速地拉到磁场外，不考虑线框的动能，若外力对环做的功分别为Wa、Wb，则WaWb为(A)A14 B12 C11 D不能确定解析：根据能量守恒可知，外力做的功等于产生的电能，而产生的电能又全部转化为焦耳热WaQa，WbQb.由电阻定律知Rb2Ra，故WaWb14.A项正确3如图所示，两光滑平行金属导轨间距为L，直导线M N垂直跨在导轨上，且与导轨接触良好，整个装置处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度为B.电容器的电容为C，除电阻R外，导轨和导线的电阻均不计现给导线MN一初速度，使导线MN向右运动，当电路稳定后，MN以速度v向右做匀速运动，则(C)A电容器两端的电压为零B电阻两端的电压为BLvC电容器所带电荷量为CBLvD为保持MN匀速运动，需对其施加的拉力大小为解析：当导线MN匀速向右运动时，导线MN产生的感应电动势恒定，稳定后，电容器既不充电也不放电，无电流产生，故电阻两端无电压，电容器两极板间电压UEBLv，所带电荷量QCUCBLv，故A、B错，C对；MN匀速运动时，因无电流而不受安培力，故拉力为零，D错4如图所示，有一用铝板制成的U型框，将一质量为m 的带电小球用绝缘细线悬挂在框中，使整体在匀强磁场中沿垂直于磁场方向向左以速度v匀速运动，悬线拉力为FT，则(A)A悬线竖直，FTmg B悬线竖直，FTmgC悬线竖直，FTmg D无法确定FT的大小和方向解析：设两板间的距离为L，由于向左运动的过程中竖直板切割磁感线，产生动生电动势，由右手定则判断下板电势高于上板，动生电动势大小EBLv，即带电小球处于电势差为BLv的电场中，所受电场力F电qE电qqqvB.设小球带正电，则所受电场力方向向上同时小球所受洛伦兹力F洛qvB，方向由左手定则判断竖直向下，即F电F洛，所以FTmg.同理分析可知当小球带负电时，FTmg.故无论小球带什么电，FTmg.选项A正确5如图甲所示，光滑导轨水平放置在与水平方向夹角为60的斜向下的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示(规定斜向下为正方向)，导体棒ab垂直导轨放置，除电阻R的阻值外，其余电阻不计，导体棒ab在水平外力F作用下始终处于静止状态规定ab的方向为电流的正方向，水平向右的方向为外力F的正方向，则在0t1时间内，如图中能正确反映流过导体棒ab的电流i和导体棒ab所受水平外力F随时间t变化的图象是(D)解析：由楞次定律可判定回路中的电流方向始终为ba，由法拉第电磁感应定律可判定回路中电流大小恒定，故A、B错；由F安BIL可得F安随B的变化而变化，在0t0时间内，F安方向向右，故外力F与F安等值反向，方向向左为负值；在t0t1时间内，F安方向改变，故外力F方向也改变为正值，故C错误，D正确二、不定项选择题6如图所示，有两根和水平方向成角的光滑平行的金属轨道，上端接有可变电阻R，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁场，磁感应强度为B.一根质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下，经过足够长的时间后，金属杆的速度会趋近于一个最大速度vm，则(ABC)A如果B增大，vm将变小 B如果变大，vm将变大C如果R变大，vm将变大 D如果m变小，vm将变大解析：以金属杆为研究对象，受力如图所示根据牛顿第二定律得：mgsin F安ma，其中F安.当a0时，vvm，解得：vm，结合此式分析即得A、B、C选项正确7如图甲所示，光滑导体框架abcd 水平放置，质量为m的导体棒PQ正好卡在垂直于轨道平面的4枚光滑小钉(图中未画出)之间，与导轨良好接触回路总电阻为R，整个装置放在垂直于框架平面的磁场中，磁感应强度B随时间t的变化如图乙所示(规定磁感应强度向上为正)的匀强磁场中，则在0t时间内，关于回路内的感应电流I及小钉对PQ的弹力N，下列说法中正确的是(BD)AI的大小和方向都在变化BI的大小和方向都不发生变化CN的大小和方向都不发生变化DN的大小发生了变化，方向也发生了变化解析：根据法拉第电磁感应定律及闭合电路的欧姆定律可知，Ik，由乙图可知k不变，故I的大小不变；由楞次定律可知，B先向上变小而后改为向下变大，则感应电流顺时针方向不变，故B项正确；根据安培力的公式可知，F安BIL，因B先向上变小而后改为向下变大，故F安先变小且向左，后变大且向右，根据力的平衡，N的大小发生了变化，方向也发生了变化，可知D项正确8如图所示，闭合小金属环从h高的光滑曲面上端无初速度滚下，又沿曲面的另一侧上升，水平方向的磁场与光滑曲面垂直，则(BD)A若是匀强磁场，环在左侧滚上的高度小于hB若是匀强磁场，环在左侧滚上的高度等于hC若是非匀强磁场，环在左侧滚上的高度等于hD若是非匀强磁场，环在左侧滚上的高度小于h解析：本题可用能量守恒定律分析，若为匀强磁场，则无感应电流，机械能守恒；若为非匀强磁场，则一部分机械能转化为电能9如图所示，固定放置在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为d，其右端接有阻值为R的电阻，整个装置处在竖直向上的磁感应强度大小为B的匀强磁场中一质量为m(质量分布均匀)的导体杆ab垂直于导轨放置，且与两导轨保持良好接触，杆与导轨之间的动摩擦因数为.当杆在水平向左、垂直于杆的恒力F作用下从静止开始沿导轨运动距离l时，速度恰好达到最大(运动过程中杆始终与导轨保持垂直)设杆接入电路的电阻为r，导轨电阻不计，重力加速度大小为g.则此过程(ABD)A杆的速度最大值为B流过电阻R的电荷量为C恒力F做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的变化量D恒力F做的功与安培力做的功之和大于杆动能的变化量解析：当杆的速度达到最大时，安培力F安，杆受力平衡，故FmgF安0，所以v，A对；流过电阻R的电荷量为q，B对；根据动能定理，恒力F、安培力、摩擦力做功的代数和等于杆动能的变化量，由于摩擦力做负功，所以恒力F、安培力做功的代数和大于杆动能的变化量，C错，D对10如图所示，一个“”形导轨垂直于磁场固定在磁感应强度为B的匀强磁场中，ab是与导轨相同的导体棒，导体棒与导轨接触良好在外力作用下，导体棒以恒定速度v向右运动，以导体棒在图中所示位置的时刻作为计时起点，则回路中感应电动势E、感应电流I、导体棒所受外力的功率P和回路中产生的焦耳热Q随时间变化的图象中正确的是下图中的(AC)解析：EBlvBvvttan Bv2ttan t，A正确；I，而R与三角形回路的周长成正比，可把R表示为Rkc(式中c为周长)代入I的表达式中I，而为一定值，所以I是一定值，B错误；PIE，I不变，E与t成正比，所以Pt，C正确；QPtt2，D错误三、非选择题11如图甲所示，用粗细均匀的导线制成的一只圆形金属圈，现被一根绝缘丝线悬挂在竖直平面内处于静止状态，已知金属圈的质量为m，半径为r，导线的电阻率为，截面积为S.金属圈的上半部分处在一方向垂直圈面向里的有界匀强磁场中，磁感应强度B随时间t的变化满足Bkt(k为常量)，如图乙所示金属圈下半部分在磁场外若丝线所能承受的最大拉力FTm2mg，求：从t0时刻起，经过多长时间丝线会被拉断？解析：设金属圈受重力mg、拉力FT和安培力F的作用处于静止状态，则FTmgF，又F2BIr，金属圈中的感应电流I，由法拉第电磁感应定律得：E，金属圈的电阻R，又Bkt，FTm2mg，由以上各式求得t.答案：12如图所示，两平行长直金属导轨置于竖直平面内，间距为L，导轨上端有阻值为R的电阻，质量为m的导体棒垂直跨放在导轨上，并搁在支架上，导轨和导体棒电阻不计，接触良好，且无摩擦在导轨平面内有一矩形区域的匀强磁场，方向垂直于纸面向里，磁感应强度为B.开始时导体棒静止，当磁场以速度v匀速向上运动时，导体棒也随之开始运动，并很快达到恒定的速度，此时导体棒仍处在磁场区域内，试求：(1)导体棒的恒定速度；(2)导体棒以恒定速度运动时，电路中消耗的电功率解析：(1)设棒速为v，有：EBL(vv)，F安BIL，棒受力平衡有：mgF安，联立得：vv，方向向上(2)P，联立得：P.答案：(1)v向上(2)13在拆装某种大型电磁设备的过程中，需将设备内部的处于强磁场中的线圈先闭合，然后再提升直至离开磁场，操作时通过手摇轮轴A和定滑轮O来提升线圈假设该线圈可简化为水平长为L、上下宽度为d的矩形线圈，其匝数为n，总质量为M，总电阻为R.磁场的磁感应强度为B，如图所示开始时线圈的上边缘与有界磁场的上边缘平齐，若转动手摇轮轴A，在时间t内把线圈从图示位置匀速向上拉出磁场求此过程中：(1)流过线圈中每匝导线横截面的电荷量是多少？(2)在转动轮轴时，人至少需做多少功？(不考虑摩擦影响)解析：(1)在匀速提升的过程中线圈运动速度v，线圈中感应电动势EnBLv，产生的感应电流I，流过导线横截面的电荷量qIt，联立得：q.(2)匀速提升的过程中，要克服重力和安培力做功，即：WWGW安，又WGMgd，W安nBILd，联立得：WMgd.答案：(1)(2)Mgd