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2019年高考物理總復(fù)習(xí) 第九章 第3講 專題 電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用 新人教版
1.閉合回路由電阻R與導(dǎo)線組成,其內(nèi)部磁場大小按Bt圖變化,方向如圖1所示,則回路中 ( ).
圖1
A.電流方向?yàn)轫槙r(shí)針方向
B.電流強(qiáng)度越來越大
C.磁通量的變化率恒定不變
D.產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越來越大
解析 由楞次定律可以判斷電流方向?yàn)轫槙r(shí)針方向,A項(xiàng)正確;由法拉第電磁感應(yīng)定律E=N可得,E=NS,由圖可知是恒量,所以電動勢恒定,D項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)歐姆定律,電路中電流是不變的,B項(xiàng)錯(cuò)誤;由于磁場均勻增加,線圈面積不變所以磁通量的變化率恒定不變,C項(xiàng)正確.
答案 AC
2.水平放置的金屬框架cdef處于如圖2所示的勻強(qiáng)磁場中,金屬棒ab處于粗糙的框架上且接觸良好,從某時(shí)刻開始,磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大,金屬棒ab始終保持靜止,則 ( ).
圖2
A.a(chǎn)b中電流增大,ab棒所受摩擦力增大
B.a(chǎn)b中電流不變,ab棒所受摩擦力不變
C.a(chǎn)b中電流不變,ab棒所受摩擦力增大
D.a(chǎn)b中電流增大,ab棒所受摩擦力不變
解析 由法拉第電磁感應(yīng)定律E==S知,磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大,則ab中感應(yīng)電動勢和電流不變,由Ff=F安=BIL知摩擦力增大,選項(xiàng)C正確.
答案 C
3.如圖3所示,空間某區(qū)域中有一勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度方向水平,且垂直于紙面向里,磁場上邊界b和下邊界d水平.在豎直面內(nèi)有一矩形金屬線圈,線圈上下邊的距離很短,下邊水平.線圈從水平面a開始下落.已知磁場上下邊界之間的距離大于水平面a、b之間的距離.若線圈下邊剛通過水平面b、c(位于磁場中)和d時(shí),線圈所受到的磁場力的大小分別為Fb、Fc和Fd,則 ( ).
圖3
A.Fd>Fc>Fb B.Fc
Fb>Fd D.Fcvb,當(dāng)線圈在進(jìn)入和離開磁場時(shí),穿過線圈的磁通量變化,線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流,受磁場力作用,其大小為:F=BIl=Bl=,因vd>vb,所以Fd>Fb>Fc,選項(xiàng)D正確.
答案 D
4.如圖4所示,MN、PQ是間距為L的平行金屬導(dǎo)軌,置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直導(dǎo)軌所在平面向里的勻強(qiáng)磁場中,M、P間接有一阻值為R的電阻.一根與導(dǎo)軌接觸良好、有效阻值為的金屬導(dǎo)線ab垂直導(dǎo)軌放置,并在水平外力F的作用下以速度v向右勻速運(yùn)動,則(不計(jì)導(dǎo)軌電阻)( ).
圖4
A.通過電阻R的電流方向?yàn)镻→R→M
B.a(chǎn)、b兩點(diǎn)間的電壓為BLv
C.a(chǎn)端電勢比b端高
D.外力F做的功等于電阻R上發(fā)出的焦耳熱
解析 由右手定則可知通過金屬導(dǎo)線的電流由b到a,即通過電阻R的電流方向?yàn)镸→R→P,A錯(cuò)誤;金屬導(dǎo)線產(chǎn)生的電動勢為BLv,而a、b兩點(diǎn)間的電壓為等效電路路端電壓,由閉合電路歐姆定律可知,a、b兩點(diǎn)間電壓為BLv,B錯(cuò)誤;金屬導(dǎo)線可等效為電源,在電源內(nèi)部,電流從低電勢流向高電勢,所以a端電勢高于b端電勢,C正確;根據(jù)能量守恒定律可知,外力做功等于電阻R和金屬導(dǎo)線產(chǎn)生的焦耳熱之和,D錯(cuò)誤.
答案 C
5.一空間有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場B,兩條電阻不計(jì)的平行光滑導(dǎo)軌豎直放置在磁場內(nèi),如圖5所示,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5 T,導(dǎo)體棒ab、cd長度均為0.2 m,電阻均為0.1 Ω,重力均為0.1 N,現(xiàn)用力向上拉動導(dǎo)體棒ab,使之勻速上升(導(dǎo)體棒ab、cd與導(dǎo)軌接觸良好),此時(shí)cd靜止不動,則ab上升時(shí),下列說法正確的是 ( ).
圖5
A.a(chǎn)b受到的拉力大小為2 N
B.a(chǎn)b向上運(yùn)動的速度為2 m/s
C.在2 s內(nèi),拉力做功,有0.4 J的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能
D.在2 s內(nèi),拉力做功為0.6 J
解析 對導(dǎo)體棒cd分析:mg=BIl=,得v=2 m/s,故B選項(xiàng)正確;對導(dǎo)體棒ab分析:F=mg+BIl=0.2 N,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;在2 s內(nèi)拉力做功轉(zhuǎn)化的電能等于克服安培力做的功,即W=F安vt=0.4 J,選項(xiàng)C正確;在2 s內(nèi)拉力做的功為Fvt=0.8 J,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.
答案 BC
6.粗細(xì)均勻的電阻絲圍成的正方形線框原先整個(gè)置于有界勻強(qiáng)磁場內(nèi),磁場方向垂直于線框平面,其邊界與正方形線框的邊平行,現(xiàn)使線框沿四個(gè)不同方向以相同速率v勻速平移出磁場,如圖6所示,線框移出磁場的整個(gè)過程( )
圖6
A.四種情況下ab兩端的電勢差都相同
B.①圖中流過線框的電荷量與v的大小無關(guān)
C.②圖中線框的電功率與v的大小成正比
D.③圖中磁場力對線框做的功與v2成正比
解析 由法拉第電磁感應(yīng)定律E=ΔΦ/Δt,閉合電路歐姆定律I=E/R,電流定義式I=q/Δt可得q=ΔΦ/R,線框沿四個(gè)不同方向移出磁場,流過線框的電荷量與v的大小無關(guān),選項(xiàng)B正確.四種情況下ab兩端的電勢差不相同,選項(xiàng)A錯(cuò)誤.②圖中線框的電功率P=E2/R,E=BLv,P與v的二次方大小成正比,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;③圖中磁場力F=BIL,I=E/R,E=BLv,磁場力對線框做功W=FL,磁場力對線框做的功與v成正比,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.
答案 B
7.如圖7甲所示,在豎直方向上有四條間距相等的水平虛線L1、L2、L3、L4,在L1L2之間、L3L4之間存在勻強(qiáng)磁場,大小均為1 T,方向垂直于虛線所在平面.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,將其從圖示位置靜止釋放(cd邊與L1重合),速度隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖乙所示,t1時(shí)刻cd邊與L2重合,t2時(shí)刻ab邊與L3重合,t3時(shí)刻ab邊與L4重合,已知t1~t2的時(shí)間間隔為0.6 s,整個(gè)運(yùn)動過程中線圈平面始終處于豎直方向.(重力加速度g取10 m/s2)則 ( ).
圖7
A.在0~t1時(shí)間內(nèi),通過線圈的電荷量為0.25 C
B.線圈勻速運(yùn)動的速度大小為8 m/s
C.線圈的長度為1 m
D.0~t3時(shí)間內(nèi),線圈產(chǎn)生的熱量為4.2 J
解析 t2~t3時(shí)間ab在L3L4內(nèi)勻速直線運(yùn)動,而E=BLv2,F(xiàn)=BL,F(xiàn)=mg解得:v2==8 m/s,選項(xiàng)B正確.從cd邊出L2到ab邊剛進(jìn)入L3一直是勻加速,因而ab剛進(jìn)磁場時(shí),cd也應(yīng)剛進(jìn)磁場,設(shè)磁場寬度是d,有:3d=v2t-gt2,得:d=1 m,有:ad=2d=2 m,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,在0~t3時(shí)間內(nèi)由能量守恒得:Q=mg5d-mv=1.8 J,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.0~t1時(shí)間內(nèi),通過線圈的電荷量為q===0.25 C,選項(xiàng)A正確.
答案 AB
8.如圖8甲所示,水平面上固定一個(gè)間距L=1 m的光滑平行金屬導(dǎo)軌,整個(gè)導(dǎo)軌處在豎直方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1 T的勻強(qiáng)磁場中,導(dǎo)軌一端接阻值R=9 Ω的電阻.導(dǎo)軌上有質(zhì)量m=1 kg、電阻r=1 Ω、長度也為1 m的導(dǎo)體棒,在外力的作用下從t=0開始沿平行導(dǎo)軌方向運(yùn)動,其速度隨時(shí)間的變化規(guī)律是v=2,不計(jì)導(dǎo)軌電阻.求:
(1)t=4 s時(shí)導(dǎo)體棒受到的安培力的大?。?
(2)請?jiān)谌鐖D乙所示的坐標(biāo)系中畫出電流平方與時(shí)間的關(guān)系(I2t)圖象.
圖8
解析 (1)4 s時(shí)導(dǎo)體棒的速度v=2=4 m/s
感應(yīng)電動勢E=BLv
感應(yīng)電流I=
此時(shí)導(dǎo)體棒受到的安培力F安=BIL=0.4 N
(2)由(1)可得I2=2=42t=0.04t
作出圖象如圖所示.
答案 (1)0.4 N (2)見解析圖
9.如圖9所示,寬度為L的金屬框架豎直固定在絕緣地面上,框架的上端接有一個(gè)電子元件,其阻值與其兩端所加的電壓成正比,即R=kU,式中k為已知常數(shù).框架上有一質(zhì)量為m,離地高為h的金屬棒,金屬棒與框架始終接觸良好無摩擦,且保持水平.磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場方向垂直于框架平面向里.將金屬棒由靜止釋放,棒沿框架向下運(yùn)動,不計(jì)金屬棒及導(dǎo)軌的電阻.重力加速度為g.求:
圖9
(1)金屬棒運(yùn)動過程中,流過棒的電流的大小和方向;
(2)金屬棒落到地面時(shí)的速度大?。?
(3)金屬棒從釋放到落地過程中通過電子元件的電荷量.
解析 (1)流過電子元件的電流大小為I==,由串聯(lián)電路特點(diǎn)知流過棒的電流大小也為,由右手定則判定流過棒的電流方向?yàn)樗较蛴?或從a→b)
(2)在運(yùn)動過程中金屬棒受到的安培力為F安=BIL=
對金屬棒運(yùn)用牛頓第二定律有mg-F安=ma
得a=g-恒定,故金屬棒做勻加速直線運(yùn)動
根據(jù)v2=2ax,得v=
(3)設(shè)金屬棒經(jīng)過時(shí)間t落地,有h=at2
解得t= =
故有q=It=
答案 (1) 水平向右(或從a→b) (2)
(3)
10.如圖10所示,電阻可忽略的光滑平行金屬導(dǎo)軌長s=1.15 m,兩導(dǎo)軌間距L=0.75 m,導(dǎo)軌傾角為30,導(dǎo)軌上端ab接一阻值R=1.5 Ω的電阻,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.8 T的勻強(qiáng)磁場垂直軌道平面向上.阻值r=0.5 Ω,質(zhì)量m=0.2 kg的金屬棒與軌道垂直且接觸良好,從軌道上端ab處由靜止開始下滑至底端,在此過程中金屬棒產(chǎn)生的焦耳熱Q1=0.1 J.(取g=10 m/s2)求:
圖10
(1)金屬棒在此過程中克服安培力的功W安;
(2)金屬棒下滑速度v=2 m/s時(shí)的加速度a.
(3)為求金屬棒下滑的最大速度vm,有同學(xué)解答如下:由動能定理,W重-W安=mv,…….由此所得結(jié)果是否正確?若正確,說明理由并完成本小題;若不正確,給出正確的解答.
解析 (1)下滑過程中安培力的功即為在電阻上產(chǎn)生的焦耳熱,由于R=3r,因此QR=3Qr=0.3 J
故W安=Q=QR+Qr=0.4 J
(2)金屬棒下滑時(shí)受重力和安培力F安=BIL=v
由牛頓第二定律mgsin 30-v=ma
所以a=g sin 30-v
=m/s2
=3.2 m/s2
(3)此解法正確.
金屬棒下滑時(shí)受重力和安培力作用,其運(yùn)動滿足
mgsin 30-v=ma
上式表明,加速度隨速度增加而減小,棒做加速度減小的加速運(yùn)動.無論最終是否達(dá)到勻速,當(dāng)棒到達(dá)斜面底端時(shí)速度一定為最大.由動能定理可以得到棒的末速度,因此上述解法正確.
mgs sin 30-Q=mv
得vm=
= m/s
=2.74 m/s
答案 (1)0.4 J (2)3.2 m/s2 (3)見解析
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