2019年高考物理二輪復(fù)習(xí) 第一部分 二輪專題突破 專題四 電路與電磁感應(yīng) 課時(shí)作業(yè)11 電磁感應(yīng)規(guī)律及其應(yīng)用.doc

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2019年高考物理二輪復(fù)習(xí) 第一部分 二輪專題突破 專題四 電路與電磁感應(yīng) 課時(shí)作業(yè)11 電磁感應(yīng)規(guī)律及其應(yīng)用 1. 如圖所示，一導(dǎo)體圓環(huán)位于紙面內(nèi)，O為圓心．環(huán)內(nèi)兩個(gè)圓心角為90的扇形區(qū)域內(nèi)分別有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，兩磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小相等，方向相反且均與紙面垂直．導(dǎo)體桿OM可繞O轉(zhuǎn)動(dòng)，M端通過滑動(dòng)觸點(diǎn)與圓環(huán)接觸良好．在圓心和圓環(huán)間連有電阻R.桿OM以勻角速度ω逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，t＝0時(shí)恰好在圖示位置．規(guī)定從a到b流經(jīng)電阻R的電流方向?yàn)檎?，圓環(huán)和導(dǎo)體桿的電阻忽略不計(jì)，則桿從t＝0開始轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過程中，電流隨ωt變化的圖象是(　　) 解析：根據(jù)E＝Bωl2和I＝可知，導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電流的大小是恒定的．根據(jù)右手定則，可知C正確． 答案：C 2．如圖甲所示，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)、總電阻為R的正方形導(dǎo)線框靜置于光滑水平面上，cd邊正中間有一個(gè)很小的豁口PQ，且導(dǎo)線框處于與水平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示．則下列說法正確的是(　　) A．在0～t0時(shí)間內(nèi)，正方形導(dǎo)線框有收縮的趨勢(shì) B．在t＝時(shí)刻，ab邊所受安培力大小為 C．在0～t0時(shí)間內(nèi)PQ間的電勢(shì)差為 D．在0～t0時(shí)間內(nèi)，P點(diǎn)電勢(shì)低于Q點(diǎn)電勢(shì) 解析：由于正方形導(dǎo)線框不閉合，導(dǎo)線框中沒有感應(yīng)電流，但有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，導(dǎo)線框不受安培力，A、B錯(cuò)誤；由法拉第電磁感應(yīng)定律得，導(dǎo)線框的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝＝，C正確；在0～t0時(shí)間內(nèi)，根據(jù)楞次定律知P點(diǎn)電勢(shì)高于Q點(diǎn)電勢(shì)，D錯(cuò)誤． 答案：C 3．法拉第發(fā)明了世界上第一臺(tái)發(fā)電機(jī)——法拉第圓盤發(fā)電機(jī)．銅質(zhì)圓盤豎直放置在水平向左的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，圓盤圓心處固定一個(gè)搖柄，邊緣和圓心處各有一個(gè)銅電刷與其緊貼，用導(dǎo)線將電刷與電阻R連接起來形成回路．轉(zhuǎn)動(dòng)搖柄，使圓盤如圖示方向轉(zhuǎn)動(dòng)．已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，圓盤半徑為L(zhǎng)，圓盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω，不計(jì)圓盤電阻．則下列說法正確的是(　　) A．因?yàn)榇┻^圓盤的總磁通量為零，故不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因此通過R的電流為零 B．通過R的電流方向從a到b C．通過R的電流方向從b到a D．通過R的電流大小為BωL2/R 解析：可將圓盤看成是由許多根長(zhǎng)度為L(zhǎng)的銅條拼接而成的，這許多根銅條均切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，它們并聯(lián)起來為電阻R供電，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；對(duì)其中一根長(zhǎng)度為L(zhǎng)的銅條，由右手定則可知，電流從圓盤的圓心流出，從b流進(jìn)電阻，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤、C正確；通過電阻R的電流I＝E/R，n根銅條并聯(lián)的電動(dòng)勢(shì)等于一根銅條產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)E＝BLv，v＝ωL/2，聯(lián)立解得I＝BL2ω/2R，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 答案：C 4．(xx江西省五校高考模擬考試)如圖甲所示，垂直于水平桌面向上的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝0.8 T，寬度L＝2.5 m，光滑金屬導(dǎo)軌OM、ON固定在桌面上，O點(diǎn)位于磁場(chǎng)的左邊界，且OM、ON與磁場(chǎng)左邊界均成45角．金屬棒ab放在導(dǎo)軌上，且與磁場(chǎng)的右邊界重合．t＝0時(shí)，ab棒在水平向左的外力F作用下向左運(yùn)動(dòng)并勻速通過磁場(chǎng)．測(cè)得回路中的感應(yīng)電流I隨時(shí)間t變化的圖象如圖乙所示．已知O點(diǎn)處電阻為R，其余電阻不計(jì)．則下列說法中正確的是(　　) A．由圖乙可知0～5 s內(nèi)通過ab棒橫截面的電荷量為10 C B．水平外力F隨時(shí)間t變化的表達(dá)式為F＝2(2－0.4t)2(N) C．O點(diǎn)處的電阻為1 Ω D．在0～5 s內(nèi)水平外力F做功的功率最大值為4 W 解析：由題圖乙可知，在0～5 s內(nèi)通過ab棒截面的電荷量為q＝52 C＝5 C，A錯(cuò)誤；由公式q＝Δt＝＝L2，解得R＝1 Ω，C正確；由題圖乙可知ab棒切割磁感線的速度v＝＝＝0.5 m/s，ab棒切割磁感線的長(zhǎng)度l＝2(L－vt)，水平外力F等于安培力，F(xiàn)A＝＝0.32(5－t)2(N)，B錯(cuò)誤；水平外力F做功的功率P外＝PA＝FAv＝0.16(5－t)2(W)，其中0≤t≤5 s，當(dāng)t＝0時(shí)，P外max＝4 W，D正確． 答案：CD 5．(xx上海高考)如圖(a)，螺線管內(nèi)有平行于軸線的外加勻強(qiáng)磁場(chǎng)，以圖中箭頭所示方向?yàn)槠湔较颍菥€管與導(dǎo)線框abcd相連，導(dǎo)線框內(nèi)有一小金屬圓環(huán)L，圓環(huán)與導(dǎo)線框在同一平面內(nèi)．當(dāng)螺線管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間按圖(b)所示規(guī)律變化時(shí)(　　) A．在t1～t2時(shí)間內(nèi)，L有收縮趨勢(shì) B．在t2～t3時(shí)間內(nèi)，L有擴(kuò)張趨勢(shì) C．在t2～t3時(shí)間內(nèi)，L內(nèi)有逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流 D．在t3～t4時(shí)間內(nèi)，L內(nèi)有順時(shí)針方向的感應(yīng)電流 解析：據(jù)題意，在t1～t2時(shí)間內(nèi)，外加磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度增加且斜率在增大，則在導(dǎo)線框中產(chǎn)生沿順時(shí)針方向增加的電流，該電流激發(fā)增加的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)通過圓環(huán)，在圓環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)結(jié)論“增縮減擴(kuò)”可以判定圓環(huán)有收縮趨勢(shì)，故選項(xiàng)A正確；在t2～t3時(shí)間內(nèi)，外加磁場(chǎng)均勻變化，在導(dǎo)線框中產(chǎn)生穩(wěn)定電流，該電流激發(fā)出穩(wěn)定磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)通過圓環(huán)時(shí)，圓環(huán)中沒有感應(yīng)電流，故選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤；在t3～t4時(shí)間內(nèi)，外加磁場(chǎng)向下減小，且斜率也減小，在導(dǎo)線框中產(chǎn)生沿順時(shí)針方向減小的電流，該電流激發(fā)出向內(nèi)減小的磁場(chǎng)，故圓環(huán)內(nèi)產(chǎn)生順時(shí)針方向電流，選項(xiàng)D正確． 答案：AD 6. 空間內(nèi)存在一垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)區(qū)域的橫截面為等腰直角三角形，底邊水平，其斜邊長(zhǎng)度為L(zhǎng).一正方形導(dǎo)體框邊長(zhǎng)也為L(zhǎng)，開始時(shí)正方形導(dǎo)體框的ab邊與磁場(chǎng)區(qū)域橫截面的斜邊剛好重合，如圖所示．從圖示位置開始計(jì)時(shí)，正方形導(dǎo)體框以平行于bc邊的速度v勻速穿越磁場(chǎng)．若導(dǎo)線框中的感應(yīng)電流為i，a、b兩點(diǎn)間的電壓為uab，感應(yīng)電流取逆時(shí)針方向?yàn)檎?，則在導(dǎo)體框穿越磁場(chǎng)的過程中，下列i、uab隨時(shí)間的變化規(guī)律正確的是(　　) 解析：由楞次定律可以判斷出導(dǎo)體框進(jìn)磁場(chǎng)時(shí)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針，出磁場(chǎng)時(shí)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針，由E＝Blv可得i＝＝，進(jìn)、出磁場(chǎng)時(shí)導(dǎo)體框切割磁感線的有效長(zhǎng)度l均由大變小，所以電流也是從大變小，選項(xiàng)A正確、B錯(cuò)誤；進(jìn)磁場(chǎng)時(shí)ab為電源，uab<0且uab＝－Blv，出磁場(chǎng)時(shí)ab不是電源，電流從b到a，uab<0且uab＝－，選項(xiàng)C錯(cuò)誤、D正確． 答案：AD 7．如圖所示，足夠長(zhǎng)的光滑導(dǎo)軌傾斜放置，導(dǎo)軌所在平面與水平面的夾角為θ，其上端接有電阻R，勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌所在平面向上，垂直導(dǎo)軌放置的導(dǎo)體棒EF電阻為r，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)軌和導(dǎo)線電阻不計(jì)，在導(dǎo)體棒EF下滑的過程中，下列說法正確的是(　　) A．導(dǎo)體棒EF中的感應(yīng)電流方向從F到E B．導(dǎo)體棒受到的安培力方向沿斜面向下，大小保持恒定 C．導(dǎo)體棒的機(jī)械能一直減小 D．導(dǎo)體棒克服安培力做的功等于電阻R消耗的電能 解析：在導(dǎo)體棒EF下滑的過程中，由右手定則可判斷出導(dǎo)體棒EF中的感應(yīng)電流方向從F到E，選項(xiàng)A正確；由左手定則可判斷出導(dǎo)體棒EF受到沿斜面向上的安培力F安，開始時(shí)，導(dǎo)體棒EF的速度增大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增大，感應(yīng)電流增大，安培力增大，當(dāng)F安＝mgsinθ時(shí)導(dǎo)體棒達(dá)到最大速度vm，之后做勻速直線運(yùn)動(dòng)，速度不再增大，安培力不變，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由于下滑過程中導(dǎo)體棒EF切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，回路中有電阻消耗電能，機(jī)械能不斷轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以導(dǎo)體棒的機(jī)械能不斷減少，選項(xiàng)C正確；安培力做負(fù)功將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，根據(jù)功能關(guān)系可知導(dǎo)體棒克服安培力做的功等于整個(gè)回路消耗的電能，包括電阻R和導(dǎo)體棒消耗的電能，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 答案：AC 二、非選擇題 8．如圖所示，足夠長(zhǎng)的粗糙斜面與水平面成θ＝37角放置，在斜面上虛線cc′和bb′與斜面底邊平行，且兩線間距為d＝0.1 m，在cc′、bb′圍成的區(qū)域內(nèi)有垂直斜面向上的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝1 T；現(xiàn)有一質(zhì)量為m＝10 g，總電阻為R＝1 Ω，邊長(zhǎng)也為d＝0.1 m的正方形金屬線圈MNPQ，其初始位置PQ邊與cc′重合，現(xiàn)讓金屬線圈以一定初速度沿斜面向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)金屬線圈從最高點(diǎn)返回到磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，線圈剛好做勻速直線運(yùn)動(dòng)．已知線圈與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝0.5，取g＝10 m/s2，不計(jì)其他阻力，求：(取sin37＝0.6，cos37＝0.8) (1)線圈向下返回到磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)的速度大?。? (2)線圈向上離開磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)的動(dòng)能； (3)線圈向下通過磁場(chǎng)區(qū)域過程中，線圈中產(chǎn)生的焦耳熱． 解析：(1)金屬線圈向下勻速進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，有mgsinθ＝μmgcosθ＋F安 其中F安＝BId，I＝，E＝Bdv 解得v＝＝2 m/s. (2)設(shè)最高點(diǎn)離bb′的距離為x，線圈從最高點(diǎn)到開始進(jìn)入磁場(chǎng)過程做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，有v2＝2ax，mgsinθ－μmgcosθ＝ma 線圈從向上離開磁場(chǎng)到向下進(jìn)入磁場(chǎng)的過程，根據(jù)動(dòng)能定理有 Ek1－Ek＝μmgcosθ2x，其中Ek＝mv2 得Ek1＝mv2＋＝0.1 J. (3)線圈向下勻速通過磁場(chǎng)區(qū)域過程中，有 mgsinθ2d－μmgcosθ2d＋W安＝0 Q＝－W安 解得Q＝2mgd(sinθ－μcosθ)＝0.004 J. 答案：(1)2 m/s　(2)0.1 J　(3)0.004 J 9．如圖甲所示，通過導(dǎo)線將電容器C、定值電阻R與間距為l＝0.2 m的平行金屬導(dǎo)軌相連，長(zhǎng)度為l＝0.2 m的導(dǎo)體棒MN垂直平行導(dǎo)軌放置，已知導(dǎo)體棒的質(zhì)量為m＝0.1 kg，導(dǎo)體棒與平行導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝0.2，定值電阻R＝0.4 Ω，電容器的電容C＝10 F，整個(gè)裝置處在垂直紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B＝0.5 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．從某時(shí)刻起，在導(dǎo)體棒MN上加一水平向右的外力，使導(dǎo)體棒向右加速運(yùn)動(dòng)，整個(gè)過程中導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌有良好的接觸有沒有發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)軌、導(dǎo)線以及導(dǎo)體棒的阻值均可忽略，重力加速度g＝10 m/s2. (1)將單刀雙擲開關(guān)扳到2位置，且保持外力的功率不變，通過速度傳感器描繪出的導(dǎo)體棒的速度—時(shí)間圖象如圖乙所示，其中10 s后的圖象與時(shí)間軸平行，如果0～10 s的時(shí)間內(nèi)電路產(chǎn)生的熱量為Q＝30 J，則10 s末的外力以及0～10 s內(nèi)導(dǎo)體棒的位移分別為多大？ (2)如果將單刀雙擲開關(guān)扳到1位置，將外力改為F＝0.3 N的恒力，則10 s末外力的瞬時(shí)功率應(yīng)為多大？ 解析：(1)將單刀雙擲開關(guān)扳到2位置，當(dāng)導(dǎo)體棒MN勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度達(dá)到最大值vm，此時(shí)導(dǎo)體棒MN所受的合外力為零，則F1－FA－Ff＝0 導(dǎo)體棒MN所受的摩擦力為Ff＝μmg＝0.2 N 此時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E＝Blvm，由歐姆定律可知I＝ 由安培力的公式得FA＝BIl＝，代入數(shù)據(jù)得FA＝0.25 N 因此10 s末外力的大小為F1＝FA＋Ff＝0.45 N 10 s末外力的功率為P＝F1vm＝0.4510 W＝4.5 W 因此0～10 s內(nèi)外力的功率恒為4.5 W，對(duì)導(dǎo)體棒由動(dòng)能關(guān)系可知Pt＝mv＋Ffx＋Q，代入數(shù)據(jù)可解得x＝50 m. (2)將單刀雙擲開關(guān)扳到1位置，當(dāng)導(dǎo)體棒的速度大小為v時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E＝Blv 由C＝可知，此時(shí)電容器極板上的電荷量為Q＝CU＝CE＝CBlv 在一小段時(shí)間Δt內(nèi)，可認(rèn)為導(dǎo)體棒做勻速運(yùn)動(dòng)，速度增加量為Δv，電容器極板上增加的電荷量為ΔQ＝CBlΔv 根據(jù)電流的定義式可知I＝＝＝CBla 對(duì)導(dǎo)體棒，由牛頓第二定律可知F－Ff－BIl＝ma 將I＝CBla代入上式整理得a＝，代入數(shù)據(jù)解得a＝0.5 m/s2 顯然導(dǎo)體棒的加速度為一定值，即導(dǎo)體棒做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，則10 s末導(dǎo)體棒的速度為v′＝at＝5 m/s 此時(shí)外力的瞬時(shí)功率為P＝Fv′＝0.35 W＝1.5 W 答案：(1)0.45 N　50 m (2)1.5 W 10．如圖所示，兩根金屬平行導(dǎo)軌MN和PQ放在水平面上，左端向上彎曲且光滑，導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)，電阻不計(jì)．水平段導(dǎo)軌所處空間存在兩個(gè)有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)Ⅰ和Ⅱ，兩磁場(chǎng)相距一段距離不重疊，磁場(chǎng)Ⅰ左邊界在水平段導(dǎo)軌的最左端，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向豎直向上；磁場(chǎng)Ⅱ的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2B，方向豎直向下．質(zhì)量均為m、電阻均為R的金屬棒a和b放置在導(dǎo)軌上，金屬棒b置于磁場(chǎng)Ⅱ的右邊界CD處．設(shè)兩金屬棒在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)過程中始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好． (1)若水平段導(dǎo)軌粗糙，兩金屬棒與水平導(dǎo)軌間的最大靜摩擦力均為mg，將金屬棒a從距水平面高度h處由靜止釋放． ①求金屬棒a剛進(jìn)入磁場(chǎng)Ⅰ時(shí)，通過金屬棒b的電流大?。? ②若金屬棒a在磁場(chǎng)Ⅰ內(nèi)運(yùn)動(dòng)過程中，金屬棒b能在導(dǎo)軌上保持靜止，通過計(jì)算分析金屬棒a釋放時(shí)的高度h應(yīng)滿足的條件； (2)若水平段導(dǎo)軌是光滑的，將金屬棒a仍從高度h處由靜止釋放，使其進(jìn)入磁場(chǎng)Ⅰ.設(shè)兩磁場(chǎng)區(qū)域足夠大，求金屬棒a在磁場(chǎng)Ⅰ內(nèi)運(yùn)動(dòng)的過程中，金屬棒b中可能產(chǎn)生的最大焦耳熱． 解析：(1)①金屬棒在彎曲光滑導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)的過程中，機(jī)械能守恒，設(shè)其剛進(jìn)入磁場(chǎng)Ⅰ時(shí)速度為v0，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E，電路中的電流為I. 由機(jī)械能守恒有mgh＝mv，解得v0＝ 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝BLv0，對(duì)回路I＝ 解得I＝ ②對(duì)金屬棒b，其所受安培力F＝2BIL 又因I＝ 金屬棒b棒保持靜止的條件為F≤mg 解得h≤ (2)金屬棒a在磁場(chǎng)Ⅰ中減速運(yùn)動(dòng)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)逐漸減小，金屬棒b在磁場(chǎng)Ⅱ中加速運(yùn)動(dòng)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)逐漸增加，當(dāng)兩者相等時(shí)，回路中感應(yīng)電流為0，此后金屬棒a、b都做勻速運(yùn)動(dòng)．設(shè)金屬棒a、b最終的速度大小分別為v1、v2，整個(gè)過程中安培力對(duì)金屬棒a、b的沖量大小分別為Ia、Ib. 由BLv1＝2BLv2，解得v1＝2v2 設(shè)向右為正方向：對(duì)金屬棒a，由動(dòng)量定理有－Ia＝mv1－mv0 對(duì)金屬棒b，由動(dòng)量定理有－Ib＝－mv2－0 由于金屬棒a、b在運(yùn)動(dòng)過程中電流始終相等，則金屬棒b受到的安培力始終為金屬棒a受到安培力的2倍，因此有兩金屬棒受到的沖量的大小關(guān)系Ib＝2Ia 解得v1＝v0，v2＝v0 根據(jù)能量守恒，回路中產(chǎn)生的焦耳熱 Q＝mv－＝mv＝mgh Qb＝Q＝mgh