2022年高三物理一輪復習 第9章 第3講 電磁感應的綜合問題練習(I)

2022年高三物理一輪復習 第9章 第3講 電磁感應的綜合問題練習(I)1.(xx浙江理綜,15,6分)磁卡的磁條中有用于存儲信息的磁極方向不同的磁化區(qū),刷卡器中有檢測線圈。當以速度v0刷卡時,在線圈中產(chǎn)生感應電動勢,其E-t關系如圖所示。如果只將刷卡速度改為,線圈中的E-t關系圖可能是() 2.(xx山東理綜,18,5分)將一段導線繞成圖甲所示的閉合回路,并固定在水平面(紙面)內(nèi)?；芈返腶b邊置于垂直紙面向里的勻強磁場中。回路的圓環(huán)區(qū)域內(nèi)有垂直紙面的磁場,以向里為磁場的正方向,其磁感應強度B隨時間t變化的圖像如圖乙所示。用F表示ab邊受到的安培力,以水平向右為F的正方向,能正確反映F隨時間t變化的圖像是()3.(xx安徽理綜,16,6分)如圖所示,足夠長平行金屬導軌傾斜放置,傾角為37°,寬度為0.5 m,電阻忽略不計,其上端接一小燈泡,電阻為1 。一導體棒MN垂直于導軌放置,質(zhì)量為0.2 kg,接入電路的電阻為1 ,兩端與導軌接觸良好,與導軌間的動摩擦因數(shù)為0.5。在導軌間存在著垂直于導軌平面的勻強磁場,磁感應強度為0.8 T。將導體棒MN由靜止釋放,運動一段時間后,小燈泡穩(wěn)定發(fā)光,此后導體棒MN的運動速度以及小燈泡消耗的電功率分別為(重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6)()A.2.5 m/s1 WB.5 m/s1 WC.7.5 m/s9 WD.15 m/s9 W4.(xx天津理綜,3,6分)如圖所示,紙面內(nèi)有一矩形導體閉合線框abcd,ab邊長大于bc邊長,置于垂直紙面向里、邊界為MN的勻強磁場外,線框兩次勻速地完全進入磁場,兩次速度大小相同,方向均垂直于MN。第一次ab邊平行MN進入磁場,線框上產(chǎn)生的熱量為Q1,通過線框導體橫截面的電荷量為q1;第二次bc邊平行MN進入磁場,線框上產(chǎn)生的熱量為Q2,通過線框導體橫截面的電荷量為q2,則()A.Q1>Q2,q1=q2B.Q1>Q2,q1>q2C.Q1=Q2,q1=q2D.Q1=Q2,q1>q25.(xx課標,17,6分)如圖,在水平面(紙面)內(nèi)有三根相同的均勻金屬棒ab、ac和MN,其中ab、ac在a點接觸,構成“V”字形導軌?？臻g存在垂直于紙面的均勻磁場。用力使MN向右勻速運動,從圖示位置開始計時,運動中MN始終與bac的平分線垂直且和導軌保持良好接觸。下列關于回路中電流i與時間t的關系圖線,可能正確的是()6.(xx福建理綜,18,6分)如圖甲,一圓形閉合銅環(huán)由高處從靜止開始下落,穿過一根豎直懸掛的條形磁鐵,銅環(huán)的中心軸線與條形磁鐵的中軸線始終保持重合。若取磁鐵中心O為坐標原點,建立豎直向下為正方向的x軸,則圖乙中最能正確反映環(huán)中感應電流i隨環(huán)心位置坐標x變化的關系圖像是()7.(xx安徽理綜,23,16分)如圖1所示,勻強磁場的磁感應強度B為0.5 T,其方向垂直于傾角為30°的斜面向上。絕緣斜面上固定有“”形狀的光滑金屬導軌MPN(電阻忽略不計),MP和NP長度均為2.5 m,MN連線水平,長為3 m。以MN中點O為原點、OP為x軸建立一維坐標系Ox。一根粗細均勻的金屬桿CD,長度d為3 m、質(zhì)量m為1 kg、電阻R為0.3 ,在拉力F的作用下,從MN處以恒定速度v=1 m/s在導軌上沿x軸正向運動(金屬桿與導軌接觸良好)。g取10 m/s2。(1)求金屬桿CD運動過程中產(chǎn)生的感應電動勢E及運動到x=0.8 m處電勢差UCD;(2)推導金屬桿CD從MN處運動到P點過程中拉力F與位置坐標x的關系式,并在圖2中畫出F-x關系圖像;(3)求金屬桿CD從MN處運動到P點的全過程產(chǎn)生的焦耳熱。8.(xx天津理綜,11,18分)如圖所示,兩根足夠長的平行金屬導軌固定在傾角=30°的斜面上,導軌電阻不計,間距L=0.4 m。導軌所在空間被分成區(qū)域和,兩區(qū)域的邊界與斜面的交線為MN,中的勻強磁場方向垂直斜面向下,中的勻強磁場方向垂直斜面向上,兩磁場的磁感應強度大小均為B=0.5 T。在區(qū)域中,將質(zhì)量m1=0.1 kg,電阻R1=0.1 的金屬條ab放在導軌上,ab剛好不下滑。然后,在區(qū)域中將質(zhì)量m2=0.4 kg,電阻R2=0.1 的光滑導體棒cd置于導軌上,由靜止開始下滑。cd在滑動過程中始終處于區(qū)域的磁場中,ab、cd始終與導軌垂直且兩端與導軌保持良好接觸,取g=10 m/s2。問(1)cd下滑的過程中,ab中的電流方向;(2)ab剛要向上滑動時,cd的速度v多大;(3)從cd開始下滑到ab剛要向上滑動的過程中,cd滑動的距離x=3.8 m,此過程中ab上產(chǎn)生的熱量Q是多少。9.(xx福建理綜,22,20分)如圖,某一新型發(fā)電裝置的發(fā)電管是橫截面為矩形的水平管道,管道的長為L、寬為d、高為h,上下兩面是絕緣板,前后兩側面M、N是電阻可忽略的導體板,兩導體板與開關S和定值電阻R相連。整個管道置于磁感應強度大小為B,方向沿z軸正方向的勻強磁場中。管道內(nèi)始終充滿電阻率為的導電液體(有大量的正、負離子),且開關閉合前后,液體在管道進、出口兩端壓強差的作用下,均以恒定速率v0沿x軸正向流動,液體所受的摩擦阻力不變。(1)求開關閉合前,M、N兩板間的電勢差大小U0;(2)求開關閉合前后,管道兩端壓強差的變化p;(3)調(diào)整矩形管道的寬和高,但保持其他量和矩形管道的橫截面積S=dh不變,求電阻R可獲得的最大功率Pm及相應的寬高比d/h的值。10.(xx浙江理綜,25,22分)為了提高自行車夜間行駛的安全性,小明同學設計了一種“閃爍”裝置。如圖所示,自行車后輪由半徑r1=5.0×10-2 m的金屬內(nèi)圈、半徑r2=0.40 m的金屬外圈和絕緣輻條構成。后輪的內(nèi)、外圈之間等間隔地接有4根金屬條,每根金屬條的中間均串聯(lián)有一電阻值為R的小燈泡。在支架上裝有磁鐵,形成了磁感應強度B=0.10 T、方向垂直紙面向外的“扇形”勻強磁場,其內(nèi)半徑為r1、外半徑為r2、張角=。后輪以角速度=2 rad/s相對于轉軸轉動。若不計其他電阻,忽略磁場的邊緣效應。(1)當金屬條ab進入“扇形”磁場時,求感應電動勢E,并指出ab上的電流方向;(2)當金屬條ab進入“扇形”磁場時,畫出“閃爍”裝置的電路圖;(3)從金屬條ab進入“扇形”磁場時開始,經(jīng)計算畫出輪子轉一圈過程中,內(nèi)圈與外圈之間電勢差Uab隨時間t變化的Uab-t圖像;(4)若選擇的是“1.5 V、0.3 A”的小燈泡,該“閃爍”裝置能否正常工作?有同學提出,通過改變磁感應強度B、后輪外圈半徑r2、角速度和張角等物理量的大小,優(yōu)化前同學的設計方案,請給出你的評價。1.D刷卡速度改為原來一半時,磁卡通過檢測線圈的時間即有感應電動勢產(chǎn)生的時間變?yōu)樵瓉淼?倍,可知A、B錯誤;由E=BLv知當只減小v時,磁卡與檢測線圈在相同的相對位置處產(chǎn)生的感應電動勢也減小,故C錯誤、D正確。2.B由圖乙知,0內(nèi),=-k(常量),T內(nèi),=k(常量),由法拉第電磁感應定律及楞次定律知,回路中產(chǎn)生的電流為方波形交流電。0內(nèi)電流由b到a,由F=BIL和左手定則,知安培力F恒定且水平向左,為負方向;同理T內(nèi),F恒定且水平向右,為正方向,故B正確,A、C、D錯誤。3.B小燈泡穩(wěn)定發(fā)光說明棒做勻速直線運動。此時:F安=對棒滿足:mg sin -mg cos -=0因為R燈=R棒,則:P燈=P棒再依據(jù)功能關系:mg sin ·v-mg cos ·v=P燈+P棒聯(lián)立解得v=5 m/s,P燈=1 W,所以B項正確。4.A設線框邊長分別為l1、l2,線框中產(chǎn)生的熱量Q=I2Rt=()2·R·=l1,由于lab>lbc,所以Q1>Q2。通過線框導體橫截面的電荷量q=·t=·t=,故q1=q2,A選項正確。5.A設金屬棒MN勻速運動的速度為v,t時刻導軌內(nèi)切割磁感線的有效長度L=2vt tan 設導軌單位長度的電阻為R0,則組成閉合回路的總電阻R=2(+vt tan )R0=2vtR0(+tan )電動勢E=BLv=2Bv2t tan i=為恒量故A正確,B、C、D錯誤。6.B條形磁鐵的磁感線分布示意圖如圖所示。銅環(huán)由靜止開始下落過程中磁通量的變化率是非均勻變化的,故環(huán)中產(chǎn)生的感應電動勢、環(huán)中的感應電流也是非均勻變化的,A錯誤。在關于O點對稱的位置上磁場分布對稱,但環(huán)的速率是增大的,則環(huán)在O點下方的電流最大值大于在O點上方電流的最大值,故C錯誤。由于磁通量在O點上方是向上增大而在O點下方是向上減小的,故環(huán)經(jīng)過O點時電流方向發(fā)生改變,D錯誤?？芍狟選項正確。7.答案見解析解析(1)金屬桿CD在勻速運動中產(chǎn)生的感應電動勢E=Blv(l=d),解得E=1.5 V(D點電勢高)當x=0.8 m時,金屬桿在導軌間的電勢差為零。設此時桿在導軌外的長度為l外,則l外=d-d、OP=,得l外=1.2 m由楞次定律判斷D點電勢高,故CD兩端電勢差UCD=-Bl外v,即UCD=-0.6 V(2)桿在導軌間的長度l與位置x關系是l=d=3-x對應的電阻Rl為Rl=R,電流I=桿受的安培力F安=BIl=7.5-3.75x根據(jù)平衡條件得F=F安+mg sin F=12.5-3.75x(0x2 m)畫出的F-x圖像如圖所示。(3)外力F所做的功WF等于F-x圖線下所圍的面積,即WF=×2 J=17.5 J而桿的重力勢能增加量Ep=mg sin 故全過程產(chǎn)生的焦耳熱Q=WF-Ep=7.5 J8.答案(1)由a流向b(2)5 m/s(3)1.3 J解析(1)由a流向b。(2)開始放置ab剛好不下滑時,ab所受摩擦力為最大靜摩擦力,設其為Fmax,有Fmax=m1g sin 設ab剛好要上滑時,cd棒的感應電動勢為E,由法拉第電磁感應定律有E=BLv設電路中的感應電流為I,由閉合電路歐姆定律有I=設ab所受安培力為F安,有F安=ILB此時ab受到的最大靜摩擦力方向沿斜面向下,由平衡條件有F安=m1g sin +Fmax綜合式,代入數(shù)據(jù)解得v=5 m/s(3)設cd棒的運動過程中電路中產(chǎn)生的總熱量為Q總,由能量守恒有m2gx sin =Q總+m2v2又Q=Q總解得Q=1.3 J9.答案(1)Bdv0(2)(3)解析(1)設帶電離子所帶的電量為q,當其所受的洛倫茲力與電場力平衡時,U0保持恒定,有qv0B=q得U0=Bdv0(2)設開關閉合前后,管道兩端壓強差分別為p1、p2,液體所受的摩擦阻力均為f,開關閉合后管道內(nèi)液體受到安培力為F安,有p1hd=fp2hd=f+F安F安=BId根據(jù)歐姆定律,有I=兩導體板間液體的電阻r=由式得p=(3)電阻R獲得的功率為P=I2RP=R當=時電阻R獲得的最大功率Pm=10.答案見解析解析(1)金屬條ab在磁場中切割磁感線時,所構成的回路的磁通量變化。設經(jīng)過時間t,磁通量變化量為,由法拉第電磁感應定律E=BS=B由、式并代入數(shù)值得:E=B(-)=4.9×10-2 V根據(jù)右手定則(或楞次定律),可得感應電流方向為ba。(2)通過分析,可得電路圖為(3)設電路中的總電阻為R總,根據(jù)電路圖可知,R總=R+R=Rab兩端電勢差Uab=E-IR=E-R=E=1.2×10-2 V設ab離開磁場區(qū)域的時刻為t1,下一根金屬條進入磁場區(qū)域的時刻為t2,t1= st2= s設輪子轉一圈的時間為T,T=1 s在T=1 s內(nèi),金屬條有四次進出,后三次與第一次相同。由、可畫出如下Uab-t圖像。(4)“閃爍”裝置不能正常工作。(金屬條的感應電動勢只有4.9×10-2 V,遠小于小燈泡的額定電壓,因此無法工作。)B增大,E增大,但有限度;r2增大,E增大,但有限度;增大,E增大,但有限度;增大,E不變。