高考物理创新方案（人教版） 同步 ：电磁感应规律的综合应用

111电磁感应规律的综合应用 (时间45分钟，满分100分)一、选择题(本题包括9小题，每小题6分，共54分每小题只有一个选项正确)1如图1所示，两光滑平行金属导轨间距为L，直导线MN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() 图1A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错答案：C2如图2所示，阻值为R的金属棒从图示位置ab分别以v1、v2的速度沿光滑导轨(电阻不计)匀速滑到ab位置，若v1v212，则在这两次过程中()A回路电流I1I212 图2B产生的热量Q1Q214C通过任一截面的电荷量q1q212D外力的功率P1P212解析：感应电动势为BLv，感应电流I，大小与速度成正比产生的热量QI2Rtv，B、L、L、R是一样的，两次产生的热量之比等于运动速度之比通过任一截面的电荷量qIt，与速度无关，所以这两次过程中，通过任一截面的电荷量之比应为11.金属棒运动中受磁场力的作用，为使棒匀速运动，外力大小要与磁场力相同则外力的功率PFvBILv，其中B、L、R相同，外力的功率与速度的平方成正比，所以外力的功率之比应为14.答案：A3如图3所示，EF、GH为平行的金属导轨，其电阻可不计，R为电阻器，C为电容器，AB为可在EF和GH上滑动的导体横杆有均匀磁场垂直于导轨平面若用I1和I2分别表示图中该处导线中的电流，则当横杆AB() 图3A匀速滑动时，I10，I20B匀速滑动时，I10，I20C加速滑动时，I10，I20D加速滑动时，I10，I20解析：匀速滑动时，感应电动势恒定，故I10，I20；加速滑动时，感应电动势增加，故电容器不断充电，即I10，I20.答案：D4如图4所示，正方形金属框四条边电阻相等，匀强磁场垂直线框平面且刚好充满整个线框，现以相同的速率分别沿甲、乙、丙、丁四个方向将线框拉出磁场欲使a、b两点间的电势差最大，则拉力应沿()A甲方向B乙方向 图4C丙方向 D丁方向解析：以相同的速率分别沿甲、乙、丙、丁四个方向将线框拉出磁场，回路中产生的电动势E大小相同，电流I大小相同；当沿丁方向将线框拉出磁场时，ab边切割磁感线，ab相当于电源，由电路的知识可知此时ab间电势差为I3R(R为每边的电阻)，这也是a、b两点间电势差的最大值，即D项正确答案：D5(2010全国卷)如图5，空间某区域中有一匀强磁场，磁感应强度方向水平，且垂直于纸面向里，磁场上边界b和下边界d水平在竖直面内有一矩形金属线圈，线圈上下边的距离很短，下边水平线圈从水平面a开始下落已知磁场上下边界之间的距离大于水平面a、b之间的距离若线圈下边刚通过水平面b、c(位于磁场中)和d时， 图5线圈所受到的磁场力的大小分别为Fb、Fc和Fd，则()AFdFcFb BFcFdFbFd DFcFbFd解析：由habhbd，线圈下边进入磁场前及整体线圈在磁场中运动的过程中加速度均为g，所以线圈下边进入磁场时的速度vb小于线圈将要离开磁场时的速度vd，由安培力公式F可知FbFd，当整体线圈在磁场中运动时穿过线圈的磁通量不变，不产生感应电流，在c处不受安培力，故有FcFbL)，已知线框进入磁场时恰好匀速，则线框进入磁场的过程和从另一侧穿出磁场的过程相比较，下列说法错误的是() 图10A线框中感应电流的方向相反B所受安培力的方向相反C穿出磁场过程产生的电能一定大于进入磁场过程产生的电能D穿出磁场过程中任意时刻的电功率不可能小于进入磁场时的电功率解析：线框进入磁场时电流的方向是逆时针方向，离开磁场的过程中电流的方向是顺时针方向，但是受到的安培力的方向都水平向左，故A对，B错；假设线框进入磁场时的速度为v1，刚要离开磁场时的速度为v2，刚好全部离开时的速度为v3，线框的电阻为R.线框进入磁场过程中，产生的电能Q1FL；离开磁场过程中由动能定理知FLW安mv32mv22，离开磁场过程中产生的热量Q2W安，即Q2FLmv22mv32，又由于一定存在v2v3，则Q2Q1，C正确；进入磁场过程中的电功率P1F安v1Fv1，离开磁场过程中的电功率P2F安v，同时由F安F，vv1则可推导出P2P1，D正确答案：B二、非选择题(本题包括3小题，共46分)10(15分)如图11所示，固定的水平光滑金属导轨，间距为L，左端接有阻值为R的电阻，处在方向竖直、磁感应强度为B的匀强磁场中，质量为m的导体棒与固定弹簧相连，放在导轨上，导轨与导体棒的电阻均可忽略初始时刻，弹簧恰处于自然长度，导体棒具有水平向右的初速度v0.在沿导轨往复运动的过程中，导 图11体棒始终与导轨垂直并保持良好接触(1)求初始时刻导体棒受到的安培力(2)若导体棒从初始时刻到速度第一次为零时，弹簧的弹性势能为Ep，则这一过程中安培力所做的功W1和电阻R上产生的焦耳热Q1分别为多少？(3)导体棒往复运动，最终将静止于何处？从导体棒开始运动到最终静止的过程中，电阻R上产生的焦耳热Q为多少？解析：(1)初始时刻棒中感应电动势EBLv0棒中感应电流I作用于棒上的安培力FBIL联立，得F安培力方向：水平向左(2)由功能关系得安培力做功W1Epmv02电阻R上产生的焦耳热Q1mv02Ep.(3)由能量转化及平衡条件等，可判断：棒最终静止于初始位置电阻R上产生的焦耳热：Qmv02.答案：(1)，方向水平向左(2)Epmv02mv02Ep(3)棒最终静止于初始位置mv0211(15分)(2011滁州模拟)如图12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 图12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)设棒的速度为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方向向上(2)12(16分)(2010江苏高考)如图13所示，两足够长的光滑金属导轨竖直放置，相距为L，一理想电流表与两导轨相连，匀强磁场与导轨平面垂直一质量为m、有效电阻为R的导体棒在距磁场上边界h处静止释放导体棒进入磁场后，流经电流表的电流逐渐减小，最终稳定为I.整个运动过程中，导体棒与导轨接触良好，且始终保持水平，不计导轨的电阻求：(1)磁感应强度的大小B； 图13(2)电流稳定后，导体棒运动速度的大小v；(3)流经电流表电流的最大值Im.解析：(1)电流稳定后，导体棒做匀速运动BILmg解得B(2)感应电动势EBLv感应电流I由式解得v(3)由题意知，导体棒刚进入磁场时的速度最大，设为vm由机械能守恒mvm2mgh感应电动势的最大值EmBLvm感应电流的最大值Im解得Im.答案：(1)(2)(3)111