【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(shí)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(shí)車輪處在一種將要停止?jié)L動(dòng)又仍在滾動(dòng)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(dòng),右端有一個(gè)線圈的磁鐵Q,M是一個(gè)電流檢測器.剎車時(shí),磁鐵與齒輪相互靠近而產(chǎn)生感應(yīng)電流,這個(gè)電流經(jīng)放大后控制制動(dòng)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(shí)被磁化,引起線圈內(nèi)磁
2、通量增加,當(dāng)齒輪遠(yuǎn)離時(shí),線圈內(nèi)磁通量又減少,由楞次定律和安培定則可知選項(xiàng)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(shí)兩端的電阻),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場垂直穿過環(huán)平面,在環(huán)的最高點(diǎn)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(shí),B點(diǎn)的線速度為v,則這時(shí)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(xiàng)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(shí)刻平板之間中心有一重力不計(jì),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(qiáng)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(xiàng)正確,B選項(xiàng)錯(cuò)誤.由于磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻變化,故產(chǎn)生的感應(yīng)
4、電動(dòng)勢大小是恒定的,感應(yīng)電動(dòng)勢大小E==S=0.1πr2,第2秒末兩極板間的電場強(qiáng)度為=,D選項(xiàng)錯(cuò)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(yùn)動(dòng),第2秒內(nèi)電場反向,微粒沿該方向做勻減速運(yùn)動(dòng),第2秒末速度為0,第3秒內(nèi)微粒做反向勻加速運(yùn)動(dòng),第4秒內(nèi)微粒沿反向做勻減速運(yùn)動(dòng),第4秒末回到原來位置,故C選項(xiàng)錯(cuò)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(qiáng)磁場,兩個(gè)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(jìn)入磁場,最后落到地面.運(yùn)動(dòng)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(shí)的速度大小分別為v1、v2,在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱量分別為Q1、Q2,不計(jì)空氣阻力,則( )
A.v1 6、“∠”形光滑導(dǎo)軌固定在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)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(dòng),以導(dǎo)體棒在圖中所示位置的時(shí)刻作為計(jì)時(shí)起點(diǎn),則回路中感應(yīng)電動(dòng)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(shí)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(yùn)動(dòng)后,經(jīng)時(shí)間t,向右運(yùn)動(dòng)的距離為x=vt,因θ=45°,故此時(shí)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(dòng)勢E=Blv=Bv2t,所以E-t圖像應(yīng)為過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線,A錯(cuò)誤;t時(shí)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(shí)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(shí)間無關(guān),B錯(cuò)誤;維持導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)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(cuò)誤.
答案 C
二、多項(xiàng)選擇題
6.2020廣州亞運(yùn)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(jì);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(yùn)動(dòng).當(dāng)改變拉力的大小時(shí),相對應(yīng)的速度v也會變化,從而使跟蹤儀始終與運(yùn)動(dòng)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(qiáng)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(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.4
解析 由圖像可知選項(xiàng)A錯(cuò)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(xiàng)B、D正確.
答案 BCD
7.如圖所示,電阻不計(jì)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(qiáng)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(diǎn),使其向上運(yùn)動(dòng).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(shí),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(dòng)后,先加速最后勻速運(yùn)動(dòng),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(yùn)動(dòng)狀態(tài)不符,C錯(cuò)誤.
答案 AB
8.如圖,一有界區(qū)域內(nèi),存在著磁感應(yīng)強(qiáng)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(qiáng)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(shí)針方向?yàn)殡娏鞯恼较颍芊从尘€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(yùn)動(dòng),則有v=at,v=;由歐姆定律可得電流I===,據(jù)此可知A、C兩項(xiàng)正確,B、D兩項(xiàng)錯(cuò)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(shí)刻磁感應(yīng)強(qiáng)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(yùn)動(dòng),其v-t圖像如圖③所示,圖中斜向上的虛線為過O點(diǎn)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(qiáng)度的變化率為
B.t2時(shí)刻回路的電功率為
C.t2時(shí)刻回路的電功率為0
D.時(shí)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(shí)刻線圈的加速度為a=,此刻,感應(yīng)電動(dòng)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(shí)刻線圈開始做勻速運(yùn)動(dòng),磁 12、場沒有消失,線圈完全進(jìn)入磁場,盡管有感應(yīng)電流,但所受合力為零,此時(shí)電功率P===,故B正確、C錯(cuò)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(dòng)機(jī)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(qiáng)度B為1T的勻強(qiáng)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(shí),獲得穩(wěn)定的速度,導(dǎo)體棒上產(chǎn)生的熱量為2J,電動(dòng)機(jī)牽引導(dǎo)體棒時(shí),電壓表、電流表的讀數(shù)分別為7V、1A,電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻r為1Ω,不計(jì)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(yùn)動(dòng)
B.電動(dòng)機(jī)的輸出功率為7W
C.導(dǎo)體棒達(dá)到穩(wěn)定時(shí)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(shí)間為1s
解析 由于電動(dòng)機(jī)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(xiàng)A錯(cuò)誤;電動(dòng)機(jī)的輸出功率P出=IU-I2r=6W,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;電動(dòng)機(jī)的輸出功率就是電動(dòng)機(jī)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(shí)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(xiàng)C正確;由能量守恒定律得P出t=mgh+mv2+Q,解得t=1s,選項(xiàng)D正確.
答案 CD
11.如圖所示 14、,處于勻強(qiáng)磁場中的兩根足夠長、電阻不計(jì)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(qiáng)磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直.質(zhì)量為0.2kg、電阻不計(jì)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(dòng)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(shí)的加速度大小;
(2)當(dāng)金屬棒下滑速度達(dá)到穩(wěn)定時(shí),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(qiáng)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(yùn)動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí),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(shí)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(qiáng)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(dòng)力發(fā)電機(jī)的原理圖如圖所示.一個(gè)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(jī),由渦輪機(jī)提供 17、動(dòng)力使流體通過管道時(shí)具有恒定的水平向右的流速v0.管道的前后兩個(gè)側(cè)面上各有長為d的相互平行且正對的銅板M和N.實(shí)際流體的運(yùn)動(dòng)非常復(fù)雜,為簡化起見作如下假設(shè):①在垂直于流動(dòng)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(gè)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(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場,則當(dāng)流體以穩(wěn)定的速度v0流過時(shí),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(gè)板的電勢較高;
(2)用電阻不計(jì)的導(dǎo)線將銅板M、N外側(cè)相連接,由于此時(shí)磁場對流體有阻力的作用,使流體的穩(wěn)定速度變?yōu)関(v
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