2022年高三物理二輪復(fù)習(xí) 專題限時(shí)練10 第1部分 專題10 電磁感應(yīng)規(guī)律及其應(yīng)用
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1、2022年高三物理二輪復(fù)習(xí) 專題限時(shí)練10 第1部分 專題10 電磁感應(yīng)規(guī)律及其應(yīng)用 一、選擇題(本題共8小題,每小題6分.在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,第1~5題只有一項(xiàng)符合題目要求,第6~8題有多項(xiàng)符合題目要求.全部選對(duì)的得6分,選對(duì)但不全的得3分,有錯(cuò)選的得0分) 1.如圖10-14所示,矩形導(dǎo)線環(huán)水平放置,O是矩形兩組對(duì)邊中點(diǎn)連線ab、cd的交點(diǎn),在線ab上右側(cè)放有垂直環(huán)面的通電導(dǎo)線,電流方向垂直紙面向外,則能使導(dǎo)線環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流的是( ) 圖10-14 A.突然加大通電直導(dǎo)線中的電流 B.讓導(dǎo)線環(huán)在紙面內(nèi)繞O點(diǎn)沿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) C.讓導(dǎo)線環(huán)以ab為軸轉(zhuǎn)動(dòng) D.讓導(dǎo)線環(huán)沿ab
2、方向向直導(dǎo)線靠近 2.(xx·安徽高考)如圖10-15所示,abcd為水平放置的平行“”形光滑金屬導(dǎo)軌,間距為l,導(dǎo)軌間有垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,導(dǎo)軌電阻不計(jì),已知金屬桿MN傾斜放置,與導(dǎo)軌成θ角,單位長(zhǎng)度的電阻為r,保持金屬桿以速度v沿平行于cd的方向滑動(dòng)(金屬桿滑動(dòng)過程中與導(dǎo)軌接觸良好).則( ) 圖10-15 A.電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為 B.電路中感應(yīng)電流的大小為 C.金屬桿所受安培力的大小為 D.金屬桿的熱功率為 3.(xx·重慶高考)圖10-16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(shí)間內(nèi),勻強(qiáng)磁場(chǎng)平行
3、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(shí)間線圈兩端a和b之間的電勢(shì)差φa-φb( ) 圖10-16 A.恒為 B.從0均勻變化到 C.恒為- D.從0均勻變化到- 4.(xx·江蘇高考)如圖10-17所示,用天平測(cè)量勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度.下列各選項(xiàng)所示的載流線圈匝數(shù)相同,邊長(zhǎng)MN相等,將它們分別掛在天平的右臂下方.線圈中通有大小相同的電流,天平處于平衡狀態(tài).若磁場(chǎng)發(fā)生微小變化,天平最容易失去平衡的是( ) 圖10-17 5.如圖10-18所示,間距為d=0.75 m的兩虛線間存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5 T,質(zhì)量
4、m=0.1 kg、長(zhǎng)s=0.75 m、寬L=0.2 m的矩形金屬框總電阻R=0.1 Ω,t=0時(shí)金屬框自左邊虛線以速度v0=1 m/s垂直進(jìn)入磁場(chǎng),在外力F的作用下,以加速度a=2 m/s2向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng),當(dāng)線框剛要出磁場(chǎng)時(shí)又以等大加速度向右做勻減速直線運(yùn)動(dòng)直到速度減為零,規(guī)定向右為外力F的正方向,則下列關(guān)于外力F隨時(shí)間變化的圖象正確的是( ) 圖10-18 6.(xx·山東高考)如圖10-19所示,一均勻金屬圓盤繞通過其圓心且與盤面垂直的軸逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng).現(xiàn)施加一垂直穿過圓盤的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng),圓盤開始減速.在圓盤減速過程中,以下說法正確的是( ) 圖10-19 A
5、.處于磁場(chǎng)中的圓盤部分,靠近圓心處電勢(shì)高 B.所加磁場(chǎng)越強(qiáng)越易使圓盤停止轉(zhuǎn)動(dòng) C.若所加磁場(chǎng)反向,圓盤將加速轉(zhuǎn)動(dòng) D.若所加磁場(chǎng)穿過整個(gè)圓盤,圓盤將勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 7.(xx·上海模擬)如圖10-20甲,固定在光滑水平面上的正三角形金屬線框,匝數(shù)n=20,總電阻R=2.5 Ω,邊長(zhǎng)L=0.3 m,處在兩個(gè)半徑均為r=的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域中.線框頂點(diǎn)與右側(cè)圓中心重合,線框底邊中點(diǎn)與左側(cè)圓中心重合.磁感應(yīng)強(qiáng)度B1垂直水平面向外,大小不變;B2垂直水平面向里,大小隨時(shí)間變化,B1、B2的值如圖乙所示,則( ) 圖10-20 A.通過線框中感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向 B.t=0時(shí)刻穿過線框的
6、磁通量為0.1 Wb C.在0.6 s內(nèi)通過線框中的電荷量為0.13 C D.經(jīng)過0.6 s線框中產(chǎn)生的熱量為0.07 J 8.如圖10-21所示,豎直虛線MN兩側(cè)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),兩磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度相等,上邊界在同一水平線上,區(qū)域Ⅰ磁場(chǎng)高3L,區(qū)域Ⅱ磁場(chǎng)高L,兩個(gè)完全相同的正方形線圈位于豎直平面內(nèi),邊長(zhǎng)為L(zhǎng),質(zhì)量為m、電阻為R、底邊始終與磁場(chǎng)上邊界平行,現(xiàn)讓線圈1從磁場(chǎng)上方高4L處、線圈2從磁場(chǎng)上方一定高度處均由靜止釋放,結(jié)果發(fā)現(xiàn)線圈1剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度與剛到達(dá)磁場(chǎng)下邊界時(shí)的速度相等,線圈2剛好能勻速通過磁場(chǎng)且穿過磁場(chǎng)時(shí)的速度與線圈1剛好完全進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度相等,則下列說法中
7、正確的是( ) 圖10-21 A.兩線圈在進(jìn)入磁場(chǎng)過程中產(chǎn)生逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流 B.線圈2開始下落時(shí)距磁場(chǎng)上邊界高L C.線圈1在進(jìn)入磁場(chǎng)過程中產(chǎn)生的熱量是2mgL D.勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 二、計(jì)算題(本題共2小題,共計(jì)32分.解答過程要有必要的文字說明和解題步驟) 9.(12分)(xx·海南高考)如圖10-22所示,兩平行金屬導(dǎo)軌位于同一水平面上,相距l(xiāng),左端與一電阻R相連;整個(gè)系統(tǒng)置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向豎直向下.一質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒置于導(dǎo)軌上,在水平外力作用下沿導(dǎo)軌以速率v勻速向右滑動(dòng),滑動(dòng)過程中始終保持與導(dǎo)軌垂直并接觸良好.已知導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間
8、的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,重力加速度大小為g,導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均可忽略.求: 圖10-22 (1)電阻R消耗的功率; (2)水平外力的大?。? 10.(20分)(xx·廣東高考)如圖10-23(a)所示,平行長(zhǎng)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)體棒垂直放置在導(dǎo)軌上,且接觸良好,導(dǎo)體棒及導(dǎo)軌的電阻均不計(jì),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(chǎng),bd連線與導(dǎo)軌垂直,長(zhǎng)度也為L(zhǎng).從0時(shí)刻開始,磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小隨時(shí)間t變化,規(guī)律如圖10-23(b)所示;同一時(shí)刻,棒從導(dǎo)軌左端開始向右勻速運(yùn)動(dòng),1 s后剛好進(jìn)入磁場(chǎng),若使棒在導(dǎo)軌上始
9、終以速度v=1 m/s做直線運(yùn)動(dòng),求: (1)棒進(jìn)入磁場(chǎng)前,回路中的電動(dòng)勢(shì)E; (2)棒在運(yùn)動(dòng)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(shí)電流i與時(shí)間t的關(guān)系式. 圖10-23 【詳解答案】 1.C 由安培定則知通電直導(dǎo)線電流磁場(chǎng)是以直導(dǎo)線為圓心與紙面平行的一簇同心圓,突然加大通電直導(dǎo)線中的電流、讓導(dǎo)線環(huán)在紙面內(nèi)繞O點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)、讓導(dǎo)線環(huán)沿ab方向向直導(dǎo)線靠近時(shí),穿過導(dǎo)線環(huán)的磁通量都為零,不發(fā)生變化,不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,A、B、D錯(cuò)誤;讓導(dǎo)線環(huán)以ab為軸轉(zhuǎn)動(dòng),穿過導(dǎo)線環(huán)的磁通量會(huì)從無到有,發(fā)生變化,環(huán)中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,C正確. 2.B 金屬桿的運(yùn)動(dòng)方
10、向與金屬桿不垂直,電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為E=Blv(l為切割磁感線的有效長(zhǎng)度),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;電路中感應(yīng)電流的大小為I===,選項(xiàng)B正確;金屬桿所受安培力的大小為F=BIl′=B··=,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;金屬桿的熱功率為P=I2R=·=,選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 3.C 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=n=n,由楞次定律和右手螺旋定則可判斷b點(diǎn)電勢(shì)高于a點(diǎn)電勢(shì),因磁場(chǎng)均勻變化,所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)恒定,因此a、b兩點(diǎn)電勢(shì)差恒為φa-φb=-n,選項(xiàng)C正確. 4.A 磁場(chǎng)發(fā)生微小變化時(shí),因各選項(xiàng)中載流線圈在磁場(chǎng)中的面積不同,由法拉第電磁感應(yīng)定律E=n=n知載流線圈在磁場(chǎng)中的面積越大,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大,感
11、應(yīng)電流越大,載流線圈中的電流變化越大,所受的安培力變化越大,天平越容易失去平衡,由題圖可知,選項(xiàng)A符合題意. 5.B 設(shè)經(jīng)時(shí)間t1線框完全進(jìn)入磁場(chǎng),則S=v0t1+at,代入數(shù)值得t1=0.5 s,此時(shí)線框速度為v1=v0+at1=2 m/s,當(dāng)t≤t1時(shí),由法拉第電磁感應(yīng)定律知線框中感應(yīng)電流為I1=,由左手定則可知產(chǎn)生水平向左的安培力,其大小為FA1=BI1L==0.1+0.2t(0≤t≤0.5),由牛頓第二定律知F-FA1=ma得F=0.3+0.2t(0≤t≤0.5,F(xiàn)方向水平向右),隨時(shí)間是線性變化的,且t=0時(shí)F=0.3 N,t=0.5 s時(shí)F=0.4 N,由線框在進(jìn)出磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱
12、性可知線框再經(jīng)時(shí)間t2=0.5 s剛好離開勻強(qiáng)磁場(chǎng)且離開磁場(chǎng)時(shí)速度為v0=1 m/s,此過程中,F(xiàn)A2=BI2L==0.3-0.2t(0.5<t≤1.0),由牛頓第二定律知F+FA2=ma得F=0.2t-0.1(0.5<t≤1.0,F(xiàn)方向水平向左),隨時(shí)間是線性變化的,出磁場(chǎng)后經(jīng)時(shí)間t3==0.5 s速度減為零,由牛頓第二定律F=ma知F=0.2 N,方向水平向左,綜上所述,B正確. 6.ABD 根據(jù)右手定則可判斷靠近圓心處電勢(shì)高,選項(xiàng)A正確;圓盤處在磁場(chǎng)中的部分轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)方向相反,磁場(chǎng)越強(qiáng),安培力越大,故所加磁場(chǎng)越強(qiáng)
13、越易使圓盤停止轉(zhuǎn)動(dòng),選項(xiàng)B正確;磁場(chǎng)反向,安培力仍阻礙圓盤轉(zhuǎn)動(dòng),選項(xiàng)C錯(cuò)誤;若所加磁場(chǎng)穿過整個(gè)圓盤,整個(gè)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(dòng),選項(xiàng)D正確. 7.ACD 磁感應(yīng)強(qiáng)度B1垂直水平面向外,大小不變,B2垂直水平面向里,大小隨時(shí)間增大,故線框向外的磁通量減小,由楞次定律可得,線框中感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向,選項(xiàng)A正確;t=0時(shí)刻穿過線框的磁通量為Φ=B1×πr2+B2×πr2=-0.0 052 Wb,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;在0.6 s內(nèi)通過線框的電荷量q=n=C=0.13 C,選項(xiàng)C正確;由Q=I2RΔt==J=0.07 J,選項(xiàng)D正確. 8.AD 兩線圈剛進(jìn)
14、磁場(chǎng)時(shí),底邊開始切割磁感線,由右手定則可知線圈在進(jìn)入磁場(chǎng)過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電流為逆時(shí)針方向,A正確;由題意知線圈1剛進(jìn)磁場(chǎng)時(shí)的速度v1=2,從剛進(jìn)入磁場(chǎng)到剛好完全進(jìn)入磁場(chǎng)的過程中一直在做減速運(yùn)動(dòng),剛好完全進(jìn)入磁場(chǎng)到剛到達(dá)磁場(chǎng)下邊界的過程中,只在重力作用下做勻加速運(yùn)動(dòng),令剛好完全進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度為v,則v-v2=2g·2L,即v2=4gL=2gh,所以線圈2開始下落時(shí)距磁場(chǎng)上邊界高h(yuǎn)=2L,B錯(cuò)誤;由能量守恒定律知線圈1在進(jìn)入磁場(chǎng)過程中產(chǎn)生的熱量等于線圈1剛進(jìn)入磁場(chǎng)到剛到達(dá)磁場(chǎng)下邊界過程中重力勢(shì)能的減小量,即Q=3mgL,C錯(cuò)誤;因線圈2剛好能勻速通過磁場(chǎng),所以mg=FA=,聯(lián)立解得B=,D正確.
15、 9.解析:(1)導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為E=Blv,根據(jù)歐姆定律,閉合回路中的感應(yīng)電流為I=,電阻R消耗的功率為P=I2R,聯(lián)立可得P=. (2)對(duì)導(dǎo)體棒受力分析,受到向左的安培力和向左的摩擦力,向右的外力,三力平衡,故有F安+μmg=F,F(xiàn)安=BIl=B··l,故F=+μmg. 答案:(1) (2)+μmg 10.解析:(1)設(shè)正方形磁場(chǎng)的面積為S,則S==0.08 m2.在棒進(jìn)入磁場(chǎng)前,回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是由于磁場(chǎng)的變化而產(chǎn)生的.由B-t圖象可知=0.5 T/s,根據(jù)E=n,得回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=S=0.5×0.08 V=0.04 V. (2)當(dāng)導(dǎo)體棒通過bd位置時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流最大,導(dǎo)體棒受到的安培力最大.此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(shí),導(dǎo)體棒切割磁感線的有效長(zhǎng)度 l=2v(t-1) (1 s≤t≤1.2 s) 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e=Blv=2Bv2(t-1)=(t-1)V 感應(yīng)電流i==(t-1)A (1 s≤t≤1.2 s). 答案:(1)0.04 V (2)0.04 N i=(t-1)A(1 s≤t≤1.2 s)
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