優(yōu)化方案(浙江專用)2020版高考物理二輪復(fù)習(xí) 第一部分 專題四 電磁感應(yīng)與電路 第1講 電磁感應(yīng)問題的綜合分析課時演練知能提升(通用)
《優(yōu)化方案(浙江專用)2020版高考物理二輪復(fù)習(xí) 第一部分 專題四 電磁感應(yīng)與電路 第1講 電磁感應(yīng)問題的綜合分析課時演練知能提升(通用)》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《優(yōu)化方案(浙江專用)2020版高考物理二輪復(fù)習(xí) 第一部分 專題四 電磁感應(yīng)與電路 第1講 電磁感應(yīng)問題的綜合分析課時演練知能提升(通用)(23頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、電磁感應(yīng)問題的綜合分析 A 一、單項選擇題 1.(2020·高考海南卷)如圖,空間有一勻強(qiáng)磁場,一直金屬棒與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直,當(dāng)它以速度v沿與棒和磁感應(yīng)強(qiáng)度都垂直的方向運(yùn)動時,棒兩端的感應(yīng)電動勢大小為ε;將此棒彎成兩段長度相等且相互垂直的折線,置于與磁感應(yīng)強(qiáng)度相垂直的平面內(nèi),當(dāng)它沿兩段折線夾角平分線的方向以速度v運(yùn)動時,棒兩端的感應(yīng)電動勢大小為ε′.則等于( ) A. B. C.1 D. 解析:選B.由法拉第電磁感應(yīng)定律知直金屬棒運(yùn)動時其兩端電動勢ε=BLv,將此棒彎成兩段長度相等且互相垂直的折線,并放于與磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直的平面內(nèi),并沿折線夾角平分線的方
2、向以相同的速度v運(yùn)動時,ε′=BLv,則==.因此B對,A、C、D錯. 2.如圖所示,在條形磁鐵的中央位置的正上方水平固定一銅質(zhì)圓環(huán),條形磁鐵在光滑的水平桌面上,以下判斷正確的是( ) A.釋放圓環(huán),環(huán)下落時環(huán)的機(jī)械能不守恒 B.釋放圓環(huán),環(huán)下落時磁鐵對桌面的壓力比磁鐵受的重力大 C.給磁鐵水平向右的初速度,磁鐵滑動時水平方向做減速運(yùn)動 D.給磁鐵水平向右的初速度,圓環(huán)產(chǎn)生向左運(yùn)動的趨勢 解析:選C.由條形磁鐵的磁場分布特點可知,穿過其中央位置正上方的圓環(huán)的合磁通量為零,所以在環(huán)下落的過程中,磁通量不變,沒有感應(yīng)電流,圓環(huán)只受重力,則環(huán)下落時機(jī)械能守恒,A、B錯誤;給磁鐵水平
3、向右的初速度,由楞次定律可知,圓環(huán)的運(yùn)動趨勢總是阻礙自身磁通量的變化,所以環(huán)要受到向右的作用力,由牛頓第三定律可知,磁鐵要受到向左的作用力而做水平方向的減速運(yùn)動(或根據(jù)“總阻礙相對運(yùn)動”的推論得出),故C正確,D錯誤. 3.如圖所示,質(zhì)量為m的金屬線框A靜置于光滑水平面上,通過細(xì)繩跨過定滑輪與質(zhì)量為m的物體B相連,圖中虛線內(nèi)為一水平勻強(qiáng)磁場,d表示A與磁場左邊界的距離,不計滑輪摩擦及空氣阻力,設(shè)B下降h(h>d)高度時的速度為v,則以下關(guān)系中能夠成立的是( ) A.v2=gh B.v2=2gh C.A產(chǎn)生的熱量Q=mgh-mv2 D.A產(chǎn)生的熱量Q=mgh-mv2 解析:選C
4、.在線框進(jìn)入磁場的過程中,可能勻速運(yùn)動,也可能做變加速運(yùn)動,因此A、B錯.由能量守恒得:Q=mgh-·(2m)·v2=mgh-mv2,故C對、D錯. 4.(2020·湖北八校二聯(lián))如圖所示,兩個垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場方向相反,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小均為B,磁場區(qū)域的寬度均為a.高度為a的正三角形導(dǎo)線框ABC從圖示位置沿x軸正方向勻速穿過兩磁場區(qū)域,以逆時針方向為電流的正方向,在下列圖形中能正確描述感應(yīng)電流I與線框移動距離x關(guān)系的是( ) 解析:選B.正三角形線框ABC剛進(jìn)入向里的磁場時,利用右手定則知,感應(yīng)電流沿逆時針方向為正,大小I0=,之后線框隨進(jìn)入磁場距離的增大,有效切割長度變小,
5、則I=變??;當(dāng)線框ABC前進(jìn)a距離,在剛進(jìn)入向外的磁場區(qū)域瞬間,ABC線框中感應(yīng)電流方向沿順時針為負(fù),大小為I′==2I0,則B正確. 二、不定項選擇題 5.1824年,法國科學(xué)家阿拉果完成了著名的“圓盤實驗”.實驗中將一銅圓盤水平放置,在其中心正上方用柔軟細(xì)線懸掛一枚可以自由旋轉(zhuǎn)的磁針,如圖所示.實驗中發(fā)現(xiàn),當(dāng)圓盤在磁針的磁場中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時,磁針也隨著一起轉(zhuǎn)動起來,但略有滯后.下列說法正確的是( ) A.圓盤上產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢 B.圓盤內(nèi)的渦電流產(chǎn)生的磁場導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動 C.在圓盤轉(zhuǎn)動的過程中,磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通量發(fā)生了變化 D.圓盤中的自由電子隨圓盤
6、一起運(yùn)動形成電流,此電流產(chǎn)生的磁場導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動 解析:選AB.當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)動時,圓盤的半徑切割磁針產(chǎn)生的磁場的磁感線,產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,選項A正確;如圖所示,銅圓盤上存在許多小的閉合回路,當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)動時,穿過小的閉合回路的磁通量發(fā)生變化,回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流,根據(jù)楞次定律,感應(yīng)電流阻礙其相對運(yùn)動,但抗拒不了相對運(yùn)動,故磁針會隨圓盤一起轉(zhuǎn)動,但略有滯后,選項B正確;在圓盤轉(zhuǎn)動過程中,磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通量始終為零,選項C錯誤;圓盤中的自由電子隨圓盤一起運(yùn)動形成的電流的磁場方向沿圓盤軸線方向,會使磁針沿軸線方向偏轉(zhuǎn),選項D錯誤. 6.(2020·高考山東卷)如圖,一均勻金屬圓盤繞通過其圓心且與盤
7、面垂直的軸逆時針勻速轉(zhuǎn)動.現(xiàn)施加一垂直穿過圓盤的有界勻強(qiáng)磁場,圓盤開始減速.在圓盤減速過程中,以下說法正確的是( ) A.處于磁場中的圓盤部分,靠近圓心處電勢高 B.所加磁場越強(qiáng)越易使圓盤停止轉(zhuǎn)動 C.若所加磁場反向,圓盤將加速轉(zhuǎn)動 D.若所加磁場穿過整個圓盤,圓盤將勻速轉(zhuǎn)動 解析:選ABD.根據(jù)右手定則可判斷靠近圓心處電勢高,選項A正確;圓盤處在磁場中的部分轉(zhuǎn)動切割磁感線,相當(dāng)于電源,其他部分相當(dāng)于外電路,根據(jù)左手定則,圓盤所受安培力與運(yùn)動方向相反,磁場越強(qiáng),安培力越大,故所加磁場越強(qiáng)越易使圓盤停止轉(zhuǎn)動,選項B正確;磁場反向,安培力仍阻礙圓盤轉(zhuǎn)動,選項C錯誤;若所加磁場穿過整
8、個圓盤,整個圓盤相當(dāng)于電源,不存在外電路,沒有電流,所以圓盤不受安培力而勻速轉(zhuǎn)動,選項D正確.
7.(2020·紹興模擬)
如圖所示,邊長為L、電阻不計的n匝正方形金屬線框位于豎直平面內(nèi),連接的小燈泡的額定功率、額定電壓分別為P、U,線框及小燈泡的總質(zhì)量為m,在線框的下方有一勻強(qiáng)磁場區(qū)域,區(qū)域?qū)挾葹閘,磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與線框平面垂直,其上、下邊界與線框底邊均水平.線框從圖示位置開始靜止下落,穿越磁場的過程中,小燈泡始終正常發(fā)光.則( )
A.有界磁場寬度l 9、選BC.因線框穿越磁場過程中小燈泡正常發(fā)光,故為勻速穿越磁場,且線框長度L和磁場寬度l相同,A錯;線框勻速穿越磁場,故重力和安培力相等,mg=nBIL=nBL,得B=,B對;重力做功的功率等于電功率,即mgv=P,得v=,C對;線框穿越磁場時,通過的位移為2L,且重力做功完全轉(zhuǎn)化為焦耳熱,故Q=2mgL,D錯.
8.(2020·浙江名校聯(lián)考)如圖所示,在水平面內(nèi)的直角坐標(biāo)系xOy中有一光滑金屬導(dǎo)軌AOC,其中曲線導(dǎo)軌OA滿足方程y=Lsin kx,長度為的直導(dǎo)軌OC與x軸重合,整個導(dǎo)軌處于垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場中.現(xiàn)有一長為L的金屬棒從圖示位置開始沿x軸正方向以速度v做勻速直線運(yùn)動,已知金屬 10、棒單位長度的電阻為R0,除金屬棒的電阻外其余部分電阻均不計,棒與兩導(dǎo)軌始終接觸良好,則在金屬棒運(yùn)動至AC的過程中( )
A.感應(yīng)電動勢的瞬時值為e=BvLsin kvt
B.感應(yīng)電流逐漸減小
C.閉合回路消耗的電功率逐漸增大
D.通過金屬棒的電荷量為
解析:選ACD.金屬棒運(yùn)動到x處時金屬棒接入回路的長度為Lx=Lsin kx,電阻為Rx=R0Lsin kx,金屬棒產(chǎn)生的電動勢E=BLxv=BvLsin kvt,回路中的電流I==,電流不變,A正確,B錯誤;回路消耗的電功率P=EI=sin kx,顯然P隨x的增大而增大,C正確;通過金屬棒的電荷量為q=It=×=,D正確.
9 11、.(2020·山西四校三聯(lián))如圖所示,兩根等高光滑的圓弧軌道,半徑為r、間距為L,軌道電阻不計.在軌道頂端連有一阻值為R的電阻,整個裝置處在一豎直向上的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.現(xiàn)有一根長度稍大于L、電阻不計的金屬棒從軌道最低位置cd開始,在拉力作用下以初速度v0向右沿軌道做勻速圓周運(yùn)動至ab處,則該過程中( )
A.通過R的電流方向由外向內(nèi)
B.通過R的電流方向由內(nèi)向外
C.R上產(chǎn)生的熱量為
D.流過R的電荷量為
解析:選AC.cd棒運(yùn)動至ab處的過程中,閉合回路中的磁通量減小,再由楞次定律及安培定則可知,回路中電流方向為逆時針方向(從上向下看),則通過R的電流方向為由外向 12、內(nèi),故A對,B錯.通過R的電荷量為q==,D錯.R上產(chǎn)生的熱量為Q=t==,C對.
三、非選擇題
10.(2020·浙江高考押題卷)用密度為d、電阻率為ρ、橫截面積為A的薄金屬條制成邊長為L的閉合正方形框abb′a′.如圖所示,金屬方框水平放在磁極的狹縫間,方框平面與磁場方向平行.設(shè)勻強(qiáng)磁場僅存在于相對磁極之間,其他地方的磁場忽略不計.可認(rèn)為方框的aa′邊和bb′邊都處在磁極之間,其間磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.方框從靜止開始釋放,其平面在下落過程中保持水平(不計空氣阻力).
(1)求方框下落的最大速度vm(設(shè)磁場區(qū)域在豎直方向足夠長);
(2)當(dāng)方框下落的加速度為 時,求方框的發(fā)熱功率P 13、;
(3)已知方框下落時間為t時,下落高度為h,其速度為vt(vt 14、P=I2R=.
(3)根據(jù)能量守恒定律,有mgh=mv+I(xiàn)Rt
其中R=ρ,m=4LAd
解得恒定電流I0的表達(dá)式I0=A .
答案:(1) (2)
(3)A
11.(2020·高考天津卷)
如圖所示,“凸”字形硬質(zhì)金屬線框質(zhì)量為m,相鄰各邊互相垂直,且處于同一豎直平面內(nèi),ab邊長為l,cd邊長為2l,ab與cd平行,間距為2l.勻強(qiáng)磁場區(qū)域的上下邊界均水平,磁場方向垂直于線框所在平面.開始時,cd邊到磁場上邊界的距離為2l,線框由靜止釋放,從cd邊進(jìn)入磁場直到ef、pq邊進(jìn)入磁場前,線框做勻速運(yùn)動,在ef、pq邊離開磁場后,ab邊離開磁場之前,線框又做勻速運(yùn)動.線框完全穿 15、過磁場過程中產(chǎn)生的熱量為Q.線框在下落過程中始終處于原豎直平面內(nèi),且ab、cd邊保持水平,重力加速度為g.求
(1)線框ab邊將離開磁場時做勻速運(yùn)動的速度大小是cd邊剛進(jìn)入磁場時的幾倍;
(2)磁場上下邊界間的距離H.
解析:(1)設(shè)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,cd邊剛進(jìn)入磁場時,線框做勻速運(yùn)動的速度為v1,cd邊上的感應(yīng)電動勢為E1,由法拉第電磁感應(yīng)定律,有
E1=2Blv1①
設(shè)線框總電阻為R,此時線框中電流為I1,由閉合電路歐姆定律,有
I1=②
設(shè)此時線框所受安培力為F1,有
F1=2I1lB③
由于線框做勻速運(yùn)動,其受力平衡,有
mg=F1④
由①②③④式得
v 16、1=⑤
設(shè)ab邊離開磁場之前,線框做勻速運(yùn)動的速度為v2,同理可得
v2=⑥
由⑤⑥式得
v2=4v1.⑦
(2)線框自釋放直到cd邊進(jìn)入磁場前,由機(jī)械能守恒定律,有
2mgl=mv⑧
線框完全穿過磁場的過程中,由能量守恒定律,有
mg(2l+H)=mv-mv+Q⑨
由⑦⑧⑨式得
H=+28l.
答案:(1)4倍 (2)+28l
12.(2020·安徽合肥一模)如圖甲所示,平行長直導(dǎo)軌MN、PQ水平放置,兩導(dǎo)軌間距L=0.5 m,導(dǎo)軌左端M、P間接有一阻值R=0.2 Ω的定值電阻,導(dǎo)體棒ab的質(zhì)量m=0.1 kg,與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)μ=0.1,導(dǎo)體棒垂直于導(dǎo)軌放在距離 17、左端為d=1.0 m處,導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒始終接觸良好,電阻均忽略不計.整個裝置處在范圍足夠大的勻強(qiáng)磁場中,t=0時刻,磁場方向豎直向下,此后,磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間t的變化如圖乙所示,不計感應(yīng)電流磁場的影響.取重力加速度g=10 m/s2.
(1)求t=0時棒所受到的安培力F0;
(2)分析前3 s時間內(nèi)導(dǎo)體棒的運(yùn)動情況并求前3 s內(nèi)棒所受的摩擦力Ff隨時間t變化的關(guān)系式;
(3)若t=3 s時,突然使ab棒獲得向右的速度v0=8 m/s,同時垂直棒施加一方向水平、大小可變化的外力F,使棒的加速度大小恒為a=4 m/s2、方向向左.求從t=3 s到t=4 s的時間內(nèi)通過電阻的電荷量q.
解 18、析:(1)t=0時棒的速度為零,故回路中只有感生電動勢,為E==Ld=0.1×0.5×1.0 V=0.05 V
感應(yīng)電流為:I== A=0.25 A
可得t=0時棒所受到的安培力:F0=B0IL=0.025 N.
(2)ab棒與導(dǎo)軌間的最大靜摩擦力:Ffm=μmg=0.1×0.1×10 N=0.1 N>F0=0.025 N
所以在t=0時刻棒靜止不動,加速度為零,在0~3 s內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度B都小于B0,棒所受的安培力都小于最大靜摩擦力,故前3 s內(nèi)導(dǎo)體棒靜止不動,電流恒為I=0.25 A
在0~3 s內(nèi),磁感應(yīng)強(qiáng)度為:B=B0-kt=0.2-0.1t(T)
因?qū)w棒靜止不動,ab棒在 19、水平方向受安培力和摩擦力,二力平衡,則有:
Ff=BIL=(B0-kt)IL=(0.2-0.1t)×0.25×0.5=0.012 5(2-t)(N)(t<3 s).
(3)3~4 s內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小恒為B2=0.1 T,ab棒做勻變速直線運(yùn)動,Δt1=4 s-3 s=1 s
設(shè)t=4 s時棒的速度為v,第4 s內(nèi)的位移為x,則:
v=v0-aΔt1=4 m/s
x=Δt1=6 m
在這段時間內(nèi)的平均感應(yīng)電動勢為:E=
通過電阻的電荷量為:q=IΔt1=Δt1==1.5 C.
答案:(1)0.025 N (2)見解析 (3)1.5 C
B
一、單項選擇題
1.(2020·高 20、考重慶卷)如圖為無線充電技術(shù)中使用的受電線圈示意圖,線圈匝數(shù)為n,面積為S.若在t1到t2時間內(nèi),勻強(qiáng)磁場平行于線圈軸線向右穿過線圈,其磁感應(yīng)強(qiáng)度大小由B1均勻增加到B2,則該段時間線圈兩端a和b之間的電勢差φa-φb( )
A.恒為
B.從0均勻變化到
C.恒為-
D.從0均勻變化到-
解析:選C.根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得,感應(yīng)電動勢E=n=n,由楞次定律和右手螺旋定則可判斷b點電勢高于a點電勢,因磁場均勻變化,所以感應(yīng)電動勢恒定,因此a、b兩點電勢差恒為φa-φb=-n,選項C正確.
2.(2020·煙臺一模)如圖所示,勻強(qiáng)磁場垂直紙面向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B,磁場在y 21、軸方向足夠?qū)?,在x軸方向?qū)挾葹閍.一直角三角形導(dǎo)線框ABC(BC邊的長度為a)從圖示位置向右勻速穿過磁場區(qū)域,以逆時針方向為電流的正方向,在下圖中感應(yīng)電流i、BC兩端的電壓UBC與線框移動的距離x的關(guān)系圖象正確的是( )
解析:選D.由楞次定律可知,線框剛進(jìn)入磁場時產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場方向垂直紙面向外,故線框中的感應(yīng)電流沿逆時針方向,為正,又因為線框做勻速運(yùn)動,故感應(yīng)電流隨位移線性增大;同理可知線框離開磁場時,產(chǎn)生的感應(yīng)電流大小隨位移線性增大,方向為負(fù),選項A、B錯誤;BC兩端的電壓UBC跟感應(yīng)電流成正比,故選項C錯誤,D正確.
3.如圖所示,質(zhì)量均為m的金屬棒ab、cd與足夠長 22、的水平金屬導(dǎo)軌垂直且接觸良好,兩金屬棒與金屬導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為μ,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場的方向豎直向下.則ab棒在恒力F=2μmg作用下向右運(yùn)動的過程中,有( )
A.安培力對ab棒做正功
B.安培力對cd棒做正功
C.a(chǎn)b棒做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動,最終勻速運(yùn)動
D.cd棒做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動,最終勻速運(yùn)動
解析:選C.對于ab棒,因為F=2μmg>μmg,所以從靜止開始加速運(yùn)動,ab棒運(yùn)動會切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流,從而使ab棒受到一個向左的安培力,這樣加速度會減小,最終會做勻速運(yùn)動;而cd棒所受到的最大安培力與摩擦力相同,所以總保持靜止?fàn)顟B(tài),即安培力對ab棒做負(fù) 23、功,對cd棒不做功,所以選項C正確,A、B、D錯誤.
4.
(2020·河北石家莊質(zhì)檢)如圖所示,兩根電阻不計的光滑金屬導(dǎo)軌豎直放置,導(dǎo)軌上端接電阻R,寬度相同的水平條形區(qū)域Ⅰ和Ⅱ內(nèi)有方向垂直導(dǎo)軌平面向里的勻強(qiáng)磁場B,Ⅰ和Ⅱ之間無磁場.一導(dǎo)體棒兩端套在導(dǎo)軌上,并與兩導(dǎo)軌始終保持良好接觸,導(dǎo)體棒從距區(qū)域Ⅰ上邊界H處由靜止釋放,在穿過兩段磁場區(qū)域的過程中,流過電阻R上的電流及其變化情況相同.下面四個圖象能定性描述導(dǎo)體棒速度大小與時間關(guān)系的是( )
解析:選C.MN棒先做自由落體運(yùn)動,當(dāng)?shù)舰駞^(qū)磁場時由四個選項知棒開始減速,說明F安>mg,由牛頓第二定律得,F(xiàn)安-mg=ma,減速時F安 24、減小,合力減小,a也減小,速度圖象中圖線上各點切線斜率減??;離開Ⅰ區(qū)后棒做加速度為g的勻加速直線運(yùn)動,隨后進(jìn)入Ⅱ區(qū)磁場,因棒在穿過兩段磁場區(qū)域的過程中,流過電阻R上的電流變化情況相同,則在Ⅱ區(qū)磁場中運(yùn)動情況與Ⅰ區(qū)磁場中完全相同,所以只有C項正確.
5.如圖甲所示,在豎直平面內(nèi)有四條間距相等的水平虛線L1、L2、L3、L4,在L1與L2、L3與L4之間均存在著勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小均為1 T,方向垂直于豎直平面向里.現(xiàn)有一矩形線圈abcd,寬度cd=L=0.5 m,質(zhì)量為0.1 kg,電阻為2 Ω,將其從圖示位置(cd邊與L1重合)由靜止釋放,速度隨時間變化的圖象如圖乙所示,t1時刻cd邊 25、與L2重合,t2時刻ab邊與L3重合,t3時刻ab邊與L4重合,t2~t3之間的圖線為與t軸平行的直線,t1~t2的時間間隔為0.6 s,整個運(yùn)動過程中線圈始終位于豎直平面內(nèi).(重力加速度g取10 m/s2)則( )
A.在0~t1時間內(nèi),通過線圈的電荷量為2.5 C
B.線圈勻速運(yùn)動的速度為8 m/s
C.線圈的長度ad=1 m
D.0~t3時間內(nèi),線圈產(chǎn)生的熱量為4.2 J
解析:選B.t2~t3時間內(nèi),線圈做勻速直線運(yùn)動,而E=BLv2,F(xiàn)=,F(xiàn)=mg,解得v2==8 m/s,選項B正確;線圈在cd邊與L2重合到ab邊與L3重合的過程中一直做勻加速運(yùn)動,則ab邊剛進(jìn)磁場時 26、,cd邊也剛進(jìn)磁場,設(shè)磁場寬度為d,則3d=v2t-gt2,解得d=1 m,則ad邊的長度為2 m,選項C錯誤;在0~t3時間內(nèi),由能量守恒定律,有Q=5mgd-mv=1.8 J,選項D錯誤;在0~t1時間內(nèi),通過線圈的電荷量q===0.25 C,選項A錯誤.
二、不定項選擇題
6.如圖所示,xOz是光滑水平面,空間有沿z軸正方向的勻強(qiáng)磁場,其磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,現(xiàn)有兩塊平行金屬板,彼此間距為d,構(gòu)成一個電容為C的電容器;在兩板之間焊一根垂直于兩板的電阻不計金屬桿PP′,已知兩板和桿PP′的總質(zhì)量為m,若對此桿PP′作用一個沿x軸正方向的恒力F,則下列說法正確的是( )
A.金屬桿PP 27、′不存在感應(yīng)電流
B.金屬桿PP′存在沿P到P′方向的感應(yīng)電流
C.兩板和桿先做加速度減小的加速運(yùn)動,最后做勻速直線運(yùn)動
D.兩板和桿做勻加速直線運(yùn)動
解析:選BD.設(shè)某時刻金屬桿運(yùn)動的加速度為a,速度為v,那么金屬桿切割磁感線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E=Bdv,電容器兩端的電壓U=E=Bdv,所以,通過金屬桿的電流為I=C=BdC,方向沿P到P′方向,所以B選項正確;又因為a=,所以I=BdCa,這樣,兩板和桿整體的水平方向除受恒力F作用外,還受到沿x軸負(fù)方向的安培力,它的大小為:FA=BdI=B2d2Ca,運(yùn)用牛頓第二定律得:F-B2d2Ca=ma,所以a=,即D選項正確.
7.如圖 28、甲是矩形導(dǎo)線框,電阻為R,虛線左側(cè)線框面積為S,右側(cè)面積為2S,虛線左右兩側(cè)導(dǎo)線框內(nèi)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間變化如圖乙所示,設(shè)垂直線框向里的磁場為正,則關(guān)于線框中0~t0時間內(nèi)的感應(yīng)電流的說法正確的是( )
A.感應(yīng)電流的方向為順時針方向
B.感應(yīng)電流的方向為逆時針方向
C.感應(yīng)電流的大小為
D.感應(yīng)電流的大小為
解析:選BD.向里的變化磁場產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為:E1=S,感應(yīng)電流方向為逆時針方向;向外的變化磁場產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為:E2=2S,感應(yīng)電流方向為逆時針方向;從題圖乙中可以得到:==,感應(yīng)電流為I==,方向為逆時針方向,即B、D正確.
8.(2020·浙江八校聯(lián)考)如圖 29、甲所示,光滑絕緣水平面上,虛線MN的右側(cè)存在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2 T的勻強(qiáng)磁場,MN的左側(cè)有一質(zhì)量m=0.1 kg的矩形線圈abcd,bc邊長L1=0.2 m,電阻R=2 Ω.t=0時,用一恒定拉力F拉線圈,使其由靜止開始向右做勻加速運(yùn)動,經(jīng)過時間1 s,線圈的bc邊到達(dá)磁場邊界MN,此時立即將拉力F改為變力,又經(jīng)過1 s,線圈恰好完全進(jìn)入磁場,整個運(yùn)動過程中,線圈中感應(yīng)電流i隨時間t變化的圖象如圖乙所示.則( )
A.恒定拉力大小為0.05 N
B.線圈在第2 s內(nèi)的加速度大小為1 m/s2
C.線圈ab邊長L2=0.5 m
D.在第2 s內(nèi)流過線圈的電荷量為0.2 C
解析:選 30、ABD.在第1 s末,i1=,E=BL1v1,v1=a1t1,F(xiàn)=ma1,聯(lián)立得F=0.05 N,A項正確.在第2 s內(nèi),由圖象分析知線圈做勻加速直線運(yùn)動,第2 s末i2=,E′=BL1v2,v2=v1+a2t2,解得a2=1 m/s2,B項正確.在第2 s內(nèi),v-v=2a2L2,得L2=1 m,C項錯誤.q===0.2 C,D項正確.
9.如圖甲所示,左側(cè)接有定值電阻R=2 Ω的水平粗糙導(dǎo)軌處于垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1 T,導(dǎo)軌間距為L=1 m.一質(zhì)量m=2 kg、阻值r=2 Ω的金屬棒在拉力F作用下由靜止開始從CD處沿導(dǎo)軌向右加速運(yùn)動,金屬棒與導(dǎo)軌間動摩擦因數(shù)μ=0.2 31、5,g=10 m/s2.金屬棒的速度-位移圖象如圖乙所示,則從起點發(fā)生s=1 m位移的過程中( )
A.拉力做的功W=9.25 J
B.通過電阻R的電荷量q=0.125 C
C.整個系統(tǒng)產(chǎn)生的總熱量Q=5.25 J
D.s=1 m時金屬棒的熱功率為1 W
解析:選AC.金屬棒在運(yùn)動位移s=1 m的過程中,克服摩擦力做功為Wf=μmgs=5 J,s=1 m時金屬棒的安培力大小為F安=BIL=v,結(jié)合圖象可知,安培力大小與位移成正比,則金屬棒克服安培力做功為W安=Fs==vs= J,由動能定理得W-W安-Wf=mv2,得W=9.25 J,選項A正確;流過電阻R的電荷量q==0.25 32、 C,選項B錯誤;系統(tǒng)產(chǎn)生的焦耳熱等于金屬棒克服安培力做功大小,等于0.25 J,系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量等于摩擦生熱和焦耳熱之和,大小為5.25 J,選項C正確;s=1 m時,回路中I== A,由P=I2r得金屬棒的熱功率為0.5 W,選項D錯誤.
三、非選擇題
10.(2020·高考江蘇卷)做磁共振(MRI)檢查時,對人體施加的磁場發(fā)生變化時會在肌肉組織中產(chǎn)生感應(yīng)電流.某同學(xué)為了估算該感應(yīng)電流對肌肉組織的影響,將包裹在骨骼上的一圈肌肉組織等效成單匝線圈,線圈的半徑r=5.0 cm,線圈導(dǎo)線的截面積A=0.80 cm2,電阻率ρ=1.5 Ω·m.如圖所示,勻強(qiáng)磁場方向與線圈平面垂直,若磁感應(yīng)強(qiáng)度B 33、在0.3 s內(nèi)從1.5 T均勻地減為零,求:(計算結(jié)果保留一位有效數(shù)字)
(1)該圈肌肉組織的電阻R;
(2)該圈肌肉組織中的感應(yīng)電動勢E;
(3)0.3 s內(nèi)該圈肌肉組織中產(chǎn)生的熱量Q.
解析:(1)由電阻定律得R=ρ,代入數(shù)據(jù)得R=6×103 Ω.
(2)感應(yīng)電動勢E=,代入數(shù)據(jù)得E≈4×10-2 V.
(3)由焦耳定律得Q=Δt,代入數(shù)據(jù)得Q=8×10-8 J.
答案:(1)6×103 Ω (2)4×10-2 V (3)8×10-8 J
11.(2020·高考廣東卷)如圖甲所示,平行長直金屬導(dǎo)軌水平放置,間距L=0.4 m.導(dǎo)軌右端接有阻值R=1 Ω的電阻.導(dǎo)體棒垂直放置 34、在導(dǎo)軌上,且接觸良好,導(dǎo)體棒及導(dǎo)軌的電阻均不計,導(dǎo)軌間正方形區(qū)域abcd內(nèi)有方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場,bd連線與導(dǎo)軌垂直,長度也為L.從0時刻開始,磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小隨時間t變化,規(guī)律如圖乙所示;同一時刻,棒從導(dǎo)軌左端開始向右勻速運(yùn)動,1 s后剛好進(jìn)入磁場.若使棒在導(dǎo)軌上始終以速度v=1 m/s做直線運(yùn)動,求:
甲
乙
(1)棒進(jìn)入磁場前,回路中的電動勢E;
(2)棒在運(yùn)動過程中受到的最大安培力F,以及棒通過三角形abd區(qū)域時電流i與時間t的關(guān)系式.
解析:(1)正方形磁場的面積為S,則S==0.08 m2.在棒進(jìn)入磁場前,回路中的感應(yīng)電動勢是由于磁場的變化而產(chǎn)生的.由B-t圖 35、象可知=0.5 T/s,根據(jù)E=n,得回路中的感應(yīng)電動勢E=S=0.5×0.08 V=0.04 V.
(2)當(dāng)導(dǎo)體棒通過bd位置時感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流最大,導(dǎo)體棒受到的安培力最大.此時感應(yīng)電動勢
E′=BLv=0.5×0.4×1 V=0.2 V
回路中感應(yīng)電流I′== A=0.2 A
導(dǎo)體棒受到的安培力F=BI′L=0.5×0.2×0.4 N=0.04 N
當(dāng)導(dǎo)體棒通過三角形abd區(qū)域時,導(dǎo)體棒切割磁感線的有效長度
l=2v(t-1)m (1 s≤t≤1.2 s)
感應(yīng)電動勢e=Blv=2Bv2(t-1)=(t-1)V
感應(yīng)電流i==(t-1)A (1 s≤t≤1.2 s).
36、
答案:(1)0.04 V (2)0.04 N i=(t-1)A (1 s≤t≤1.2 s)
12.(2020·臺州市高三調(diào)考)圖甲是一種手壓式環(huán)保節(jié)能手電筒的結(jié)構(gòu)示意圖.使用時,迅速按壓手柄,燈泡就能發(fā)光,這種不需要干電池的手電筒的工作原理是電磁感應(yīng).其轉(zhuǎn)動裝置和齒輪傳動裝置的簡化原理圖分別如圖乙、丙所示.假設(shè)圖乙中的轉(zhuǎn)動裝置由半徑r1=4.0×10-2 m的金屬內(nèi)圈和半徑r2=0.1 m的金屬外圈構(gòu)成,內(nèi)、外圈之間接有一根沿半徑方向的金屬條ab,燈泡通過電刷分別跟內(nèi)、外線圈相連接(圖乙中未畫出).整個轉(zhuǎn)動裝置固定在轉(zhuǎn)動軸上,處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B=10 T的勻強(qiáng)磁場中,磁場方向垂直線圈平面(紙 37、面)向里.圖丙齒輪傳動裝置中A齒輪固定在轉(zhuǎn)動裝置的轉(zhuǎn)動軸上,B、C齒輪同心固定,C輪邊緣與手柄相嚙合,A、B齒輪邊緣相嚙合.已知A、B、C齒輪的半徑分別為rA=4.0×10-2 m、rB=0.16 m、rC=4.0×10-2 m,燈泡電阻R=6.0 Ω,其他電阻均忽略不計,手柄重力忽略不計.當(dāng)轉(zhuǎn)動裝置以角速度ω=1.0×102 rad/s相對于轉(zhuǎn)軸中心O點逆時針轉(zhuǎn)動時:
(1)求金屬條ab上的電流大小和方向;
(2)求手柄向下運(yùn)動的速度大小;
(3)若整個裝置將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的效率為60%,則手按壓手柄的作用力多大?
解析:(1)金屬條ab在磁場中切割磁感線時,使所構(gòu)成的回路磁通量變化,由法拉第電磁感應(yīng)定律可推導(dǎo)出:
E=Brω-Brω
代入數(shù)據(jù)解得:E=4.2 V
由歐姆定律I=
代入數(shù)據(jù)解得:I=0.7 A
根據(jù)右手定則可知電流方向由a到b.
(2)根據(jù)齒輪A、B邊緣的線速度大小相等,齒輪B、C的角速度大小相等,手柄的速度大小等于齒輪C邊緣的線速度大小,有v=
代入數(shù)據(jù)解得:v=1.0 m/s
(3)設(shè)手按壓手柄做功的功率為P1,電路中的電功率為P2,根據(jù)題意,有P2=60%×P1
其中P1=Fv
P2=I2R
代入數(shù)據(jù)解得:F=4.9 N.
答案:見解析
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