【名師一號】2020屆高三物理一輪復(fù)習(xí) 9-3 電磁感應(yīng)中的綜合應(yīng)用課時檢測 新人教版

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1、第三講　電磁感應(yīng)中的綜合應(yīng)用 1.高級轎車都安裝了防抱死系統(tǒng)(ABS系統(tǒng))，其作用是緊急剎車時車輪處在一種將要停止?jié)L動又仍在滾動的臨界狀態(tài)，但剎車距離(以相同速度開始剎車到完全停下來行駛的距離)卻比車輪抱死更小，如圖所示是這種防抱死裝置的示意簡圖，鐵齒輪P與車輪同步轉(zhuǎn)動，右端有一個線圈的磁鐵Q，M是一個電流檢測器．剎車時，磁鐵與齒輪相互靠近而產(chǎn)生感應(yīng)電流，這個電流經(jīng)放大后控制制動器．由于a齒輪在經(jīng)過磁鐵的過程中被磁化，引起M中產(chǎn)生感應(yīng)電流，其方向(　　) A．一直向左　　　　　　 B．一直向右 C．先向右后向左 D．先向左后向右 解析　當(dāng)a齒輪在經(jīng)過磁鐵時被磁化，引起線圈內(nèi)磁

2、通量增加，當(dāng)齒輪遠(yuǎn)離時，線圈內(nèi)磁通量又減少，由楞次定律和安培定則可知選項D正確． 答案　D 2．如圖所示，豎直平面內(nèi)有一金屬環(huán)，半徑為a，總電阻為R(指拉直時兩端的電阻)，磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場垂直穿過環(huán)平面，在環(huán)的最高點A用鉸鏈連接長度為2a、電阻為的導(dǎo)體棒AB，AB由水平位置緊貼環(huán)面擺下，當(dāng)擺到豎直位置時，B點的線速度為v，則這時AB兩端的電壓大小為(　　) A. B. C. D．Bav 解析　由題意可知E＝B×2a×v，UAB＝×R＝，選項A正確． 答案　A 3．半徑為r帶缺口的剛性金屬圓環(huán)在紙面上固定放置，在圓環(huán)的缺口兩端引出兩根導(dǎo)線，分別與兩塊垂直于紙面固

3、定放置的平行金屬板連接 ，兩板間距為d，如圖所示．有一變化的磁場垂直于紙面，規(guī)定向內(nèi)為正，變化規(guī)律如圖所示．在t＝0時刻平板之間中心有一重力不計，電荷量為q的靜止微粒．則以下說法正確的是(　　) A．第2秒內(nèi)上極板為正極 B．第3秒內(nèi)上極板為負(fù)極 C．第2秒末微?；氐搅嗽瓉砦恢? D．第2秒末兩極板之間的電場強度大小為0.2πr2/d 解析　根據(jù)楞次定律，結(jié)合圖像可以判斷：在0～1s內(nèi)，下極板為正極，上極板為負(fù)極；第2秒內(nèi)上極板為正極，下極板為負(fù)極；第3秒內(nèi)上極板為正極，下極板為負(fù)極；第4秒內(nèi)上極板為負(fù)極，下極板為正極，故A選項正確，B選項錯誤．由于磁感應(yīng)強度均勻變化，故產(chǎn)生的感應(yīng)

4、電動勢大小是恒定的，感應(yīng)電動勢大小E＝＝S＝0.1πr2，第2秒末兩極板間的電場強度為＝，D選項錯誤．在第1秒內(nèi)微粒從靜止沿向上或向下的方向開始做勻加速運動，第2秒內(nèi)電場反向，微粒沿該方向做勻減速運動，第2秒末速度為0，第3秒內(nèi)微粒做反向勻加速運動，第4秒內(nèi)微粒沿反向做勻減速運動，第4秒末回到原來位置，故C選項錯誤． 答案　A 4.如圖所示，水平地面上方矩形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強磁場，兩個邊長相等的單匝閉合正方形線圈Ⅰ和Ⅱ，分別用相同材料、不同粗細(xì)的導(dǎo)線繞制(Ⅰ為細(xì)導(dǎo)線)．兩線圈在距磁場上界面h高處由靜止開始自由下落，再進入磁場，最后落到地面．運動過程中，線圈平面始終保持在豎直平面內(nèi)

5、且下邊緣平行于磁場上邊界．設(shè)線圈Ⅰ、Ⅱ落地時的速度大小分別為v1、v2，在磁場中運動時產(chǎn)生的熱量分別為Q1、Q2，不計空氣阻力，則(　　) A．v1Q2 D．v1＝v2，Q1

6、“∠”形光滑導(dǎo)軌固定在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，ab是粗細(xì)、材料與導(dǎo)軌完全相同的均勻的導(dǎo)體棒，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌接觸良好．在外力作用下，導(dǎo)體棒以恒定速度v向右平動，以導(dǎo)體棒在圖中所示位置的時刻作為計時起點，則回路中感應(yīng)電動勢E、感應(yīng)電流I、導(dǎo)體棒所受外力的功率P和回路中產(chǎn)生的焦耳熱Q隨時間變化的圖像中正確的是(　　) 解析　導(dǎo)體棒從圖示位置開始運動后，經(jīng)時間t，向右運動的距離為x＝vt，因θ＝45°，故此時導(dǎo)體棒切割磁感線的有效長度l＝x＝vt，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E＝Blv＝Bv2t，所以E－t圖像應(yīng)為過坐標(biāo)原點的直線，A錯誤；t時刻回路導(dǎo)體的總長度為(2＋)vt，設(shè)單位長度的電阻為R0，

7、則此時回路的總電阻R＝(2＋)R0vt，根據(jù)閉合電路歐姆定律，感應(yīng)電流I＝＝，電流與時間無關(guān)，B錯誤；維持導(dǎo)體棒運動的外力與導(dǎo)體棒所受的安培力等值，受外力的功率P＝Fv＝BIlv＝，P與t成正比，C正確；回路中產(chǎn)生的焦耳熱Q＝I2Rt＝，Q與t2成正比，D錯誤． 答案　C 二、多項選擇題 6．2020廣州亞運會上100m賽跑跑道兩側(cè)設(shè)有跟蹤儀，其原理如圖所示，水平面上兩根足夠長的金屬導(dǎo)軌平行固定放置，間距為L＝0.5m，一端通過導(dǎo)線與阻值為R＝0.5Ω的電阻連接；導(dǎo)軌上放一質(zhì)量為m＝0.5kg的金屬桿如圖①，金屬桿與導(dǎo)軌的電阻忽略不計；均勻磁場豎直向下．用與導(dǎo)軌平行的拉力F作用在金屬桿上

8、，使桿運動．當(dāng)改變拉力的大小時，相對應(yīng)的速度v也會變化，從而使跟蹤儀始終與運動員保持一致．已知v和F的關(guān)系如圖②(取重力加速度g＝10m/s2)，則(　　) A．金屬桿受到的拉力與速度成正比 B．該磁場磁感應(yīng)強度為1T C．圖線在橫軸的截距表示金屬桿與導(dǎo)軌間的阻力大小 D．導(dǎo)軌與金屬棒之間的動摩擦因數(shù)為μ＝0.4 解析　由圖像可知選項A錯誤、C正確；由F－BIL－μmg＝0及I＝可得F－－μmg＝0，從圖像上分別讀出兩組F、v數(shù)據(jù)代入上式即可求得B＝1 T，μ＝0.4，所以選項B、D正確． 答案　BCD 7.如圖所示，電阻不計的平行金屬導(dǎo)軌固定在一絕緣斜面上，兩相同的金屬導(dǎo)體

9、棒a、b垂直于導(dǎo)軌靜止放置，且與導(dǎo)軌接觸良好，勻強磁場垂直穿過導(dǎo)軌平面．現(xiàn)用一平行于導(dǎo)軌的恒力F作用在a的中點，使其向上運動．若b始終保持靜止，則它所受摩擦力可能(　　) A．變?yōu)? B．先減小后不變 C．等于F D．先增大再減小 解析　對b，由平衡條件可得，未施加恒力F時，有mgsinθ＝Ffb.當(dāng)施加恒力F后，因b所受的安培力向上，故有F安＋Ffb＝mgsinθ.對a，在恒力F的拉動后，先加速最后勻速運動，故b所受的安培力先增大，然后不變，b所受的摩擦力先減小后不變，B正確；若F安＝mgsinθ，則Ffb＝0，A正確；若Ffb＝F，則對導(dǎo)體棒a、b系統(tǒng)，所受的合外力將沿斜

10、面向下，與題意中兩棒的運動狀態(tài)不符，C錯誤． 答案　AB 8.如圖，一有界區(qū)域內(nèi)，存在著磁感應(yīng)強度大小均為B，方向分別垂直于光滑水平桌面向下和向上的勻強磁場，磁場寬度均為L，邊長為L的正方形線框abcd和bc邊緊靠磁場邊緣置于桌面上，使線框從靜止開始沿x軸正方向勻加速通過磁場區(qū)域，若以逆時針方向為電流的正方向，能反映線框中感應(yīng)電流變化規(guī)律的圖是(　　) 解析　線框做勻加速直線運動，則有v＝at，v＝；由歐姆定律可得電流I＝＝＝，據(jù)此可知A、C兩項正確，B、D兩項錯誤． 答案　AC 9．質(zhì)量為m、電阻為R的矩形線圈abcd邊長分別為L和2L，線圈一半在有界磁場內(nèi)，一半在磁場外，

11、磁場方向垂直于線圈平面，如圖①所示．t＝0時刻磁感應(yīng)強度為B0，此后磁場開始按圖②所示變化，線圈中便開始產(chǎn)生感應(yīng)電流．在磁場力作用下線圈開始運動，其v－t圖像如圖③所示，圖中斜向上的虛線為過O點速度圖像的切線．圖中數(shù)據(jù)僅t0未知，但t0大于t2，不考慮重力影響，則(　　) A．磁感應(yīng)強度的變化率為 B．t2時刻回路的電功率為 C．t2時刻回路的電功率為0 D．時間t2內(nèi)流過線圈橫截面的電荷量為 解析　由v－t圖像可知，t＝0時刻線圈的加速度為a＝，此刻，感應(yīng)電動勢E＝＝·L2，感應(yīng)電流I＝＝，線圈所受磁場力為F＝B0IL＝＝ma，所以有＝，故A正確；t2時刻線圈開始做勻速運動，磁

12、場沒有消失，線圈完全進入磁場，盡管有感應(yīng)電流，但所受合力為零，此時電功率P＝＝＝，故B正確、C錯誤；對線圈由牛頓第二定律有B0IL＝m，根據(jù)電流的定義可得電荷量q＝I·Δt＝，故D正確． 答案　ABD 10.如圖所示，電動機牽引一根原來靜止的、長L為1m、質(zhì)量m為0.1kg的導(dǎo)體棒MN上升，導(dǎo)體棒的電阻R為1Ω，架在豎直放置的框架上，它們處于磁感應(yīng)強度B為1T的勻強磁場中，磁場方向與框架平面垂直．當(dāng)導(dǎo)體棒上升h＝3.8m時，獲得穩(wěn)定的速度，導(dǎo)體棒上產(chǎn)生的熱量為2J，電動機牽引導(dǎo)體棒時，電壓表、電流表的讀數(shù)分別為7V、1A，電動機內(nèi)阻r為1Ω，不計框架電阻及一切摩擦，則以下判斷正確的是(　　

13、) A．導(dǎo)體棒向上做勻減速運動 B．電動機的輸出功率為7W C．導(dǎo)體棒達(dá)到穩(wěn)定時的速度為v＝2m/s D．導(dǎo)體棒從靜止至達(dá)到穩(wěn)定速度所需要的時間為1s 解析　由于電動機的輸出功率恒定，由P出＝Fv及F－mg－＝ma可知導(dǎo)體棒的加速度逐漸減小，故選項A錯誤；電動機的輸出功率P出＝IU－I2r＝6W，選項B錯誤；電動機的輸出功率就是電動機牽引導(dǎo)體棒的拉力的功率，P出＝Fv，當(dāng)導(dǎo)體棒達(dá)到穩(wěn)定速度時F＝mg＋BI′L，感應(yīng)電流I′＝＝，解得導(dǎo)體棒達(dá)到的穩(wěn)定速度為v＝2m/s，選項C正確；由能量守恒定律得P出t＝mgh＋mv2＋Q，解得t＝1s，選項D正確． 答案　CD 11.如圖所示

14、，處于勻強磁場中的兩根足夠長、電阻不計的平行金屬導(dǎo)軌相距1m，導(dǎo)軌平面與水平面成θ＝37°角，下端連接阻值為R的電阻．勻強磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直．質(zhì)量為0.2kg、電阻不計的金屬棒放在兩導(dǎo)軌上，金屬棒與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸，它們之間的動摩擦因數(shù)為0.25，求： (1)金屬棒沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑時的加速度大小； (2)當(dāng)金屬棒下滑速度達(dá)到穩(wěn)定時，電阻R消耗的功率為8 W，求該速度的大??； (3)在上問中，若R＝2Ω，金屬棒中的電流方向由a到b，求磁感應(yīng)強度的大小與方向．(g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8) 解析　(1)金屬棒開始下滑的初速度為零，則 根

15、據(jù)牛頓第二定律得mgsinθ－μmgcosθ＝ma ① 由①式解得a＝10×(0.6－0.25×0.8) m/s2＝4m/s2. ② (2)設(shè)金屬棒運動達(dá)到穩(wěn)定時，速度為v，所受安培力為F，棒在沿導(dǎo)軌方向受力平衡 mgsinθ－μmgcosθ－F＝0 ③ 此時金屬棒克服安培力做功的功率等于電路中電阻R消耗的電功率 Fv＝P ④ 由③④兩式解得v＝＝m/s＝10m/s.⑤ (3)設(shè)電路中電流為I，兩導(dǎo)軌

16、間金屬棒的長為l，磁場的磁感應(yīng)強度為B I＝ ⑥ P＝I2R ⑦ 由⑥⑦兩式解得B＝＝ T＝0.4 T 磁場方向垂直導(dǎo)軌平面向上． 答案　(1)4m/s2 (2)10m/s (3)0.4T　方向垂直導(dǎo)軌平面向上 12.磁流體動力發(fā)電機的原理圖如圖所示．一個水平放置的上下前后均封閉的橫截面為矩形的塑料管，寬度為l，高度為h，管內(nèi)充滿電阻率為ρ的某種導(dǎo)電流體(如電解質(zhì))．矩形塑料管的兩端接有渦輪機，由渦輪機提供

17、動力使流體通過管道時具有恒定的水平向右的流速v0.管道的前后兩個側(cè)面上各有長為d的相互平行且正對的銅板M和N.實際流體的運動非常復(fù)雜，為簡化起見作如下假設(shè)：①在垂直于流動方向的橫截面上各處流體的速度相同；②流體不可壓縮． (1)若在兩個銅板M、N之間的區(qū)域內(nèi)加有方向豎直向上、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，則當(dāng)流體以穩(wěn)定的速度v0流過時，兩銅板M、N之間將產(chǎn)生電勢差．求此電勢差的大小，并判斷M、N兩板中哪個板的電勢較高； (2)用電阻不計的導(dǎo)線將銅板M、N外側(cè)相連接，由于此時磁場對流體有阻力的作用，使流體的穩(wěn)定速度變?yōu)関(v