2022年高考物理一輪總復習 9.4電磁感應規(guī)律的綜合應用（二）（動力學和能量）限時規(guī)范特訓

2022年高考物理一輪總復習 9.4電磁感應規(guī)律的綜合應用（二）（動力學和能量）限時規(guī)范特訓一、選擇題(本題共7小題，每小題8分，共56分)1. xx·甘肅天水模擬如圖所示，邊長為L的正方形導線框質量為m，由距磁場H高處自由下落，其下邊ab進入勻強磁場后，線圈開始做減速運動，直到其上邊cd剛剛穿出磁場時，速度減為ab邊進入磁場時的一半，磁場的寬度也為L，則線框穿越勻強磁場過程中產(chǎn)生的焦耳熱為 ( )A. 2mgLB. 2mgLmgHC. 2mgLmgH D. 2mgLmgH解析：設ab剛進入磁場時的速度為v1，cd剛穿出磁場時的速度v2，線框自開始進入磁場到完全穿出磁場共下落高度為2L，由題意得，mvmgHmvmg·2LmvQ，解得，Q2mgLmgH，C項正確。答案：C2. 如圖所示，足夠長的U形光滑金屬導軌所在平面與水平面成角(0<<90°)，其中MN與PQ平行且間距為L，磁感應強度大小為B的勻強磁場方向垂直導軌所在平面斜向上，導軌電阻不計，金屬棒ab由靜止開始沿導軌下滑，并與兩導軌始終保持垂直且接觸良好，棒ab接入電路的電阻為R，當流過棒ab某一橫截面的電荷量為q時，棒的速度大小為v，則金屬棒ab在下滑過程中()A. 運動的加速度大小為B. 下滑位移大小為C. 產(chǎn)生的焦耳熱為qBLvD. 受到的最大安培力大小為sin解析：由牛頓第二定律可知mgsinma，金屬棒做變加速運動，選項A錯；由qI·t·t得x，選項B對。由動能定理可知mgxsinQmv2，把x代入式中得到Q，選項C錯；安培力最大為mgsin，選項D錯。答案：B3. xx·泰安模擬如圖所示，間距為L、電阻不計的足夠長平行光滑金屬導軌水平放置，導軌左端用一阻值為R的電阻連接，導軌上橫跨一根質量為m、電阻也為R的金屬棒，金屬棒與導軌接觸良好。整個裝置處于豎直向上、磁感應強度為B的勻強磁場中?，F(xiàn)使金屬棒以初速度v0沿導軌向右運動，若金屬棒在整個運動過程中通過的電荷量為q。下列說法正確的是()A. 金屬棒在導軌上做勻減速運動B. 整個過程中電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱為C. 整個過程中金屬棒在導軌上發(fā)生的位移為D. 整個過程中金屬棒克服安培力做功為解析：由牛頓第二定律可得ma, 金屬棒做a減小的減速運動，A錯。由能量守恒定律可知，克服安培力做功等于電阻R和金屬棒上產(chǎn)生的焦耳熱之和，W安mv2Q，因此B錯，D正確。整個過程中通過金屬棒的電量q，得金屬棒位移x，C錯。答案：D4. xx·湖北孝感月考豎直平面內有一形狀為拋物線的光滑曲面軌道，如圖所示，軌道下半部分處在兩個水平向里的勻強磁場中，磁場的邊界分別是ya、yb、yc的直線(圖中虛線所示)。一個小金屬環(huán)從拋物線上yd處由靜止釋放，金屬環(huán)沿拋物線下滑后環(huán)面總保持與磁場垂直，那么產(chǎn)生的焦耳熱總量是( )A. mgd B. mg(da)C. mg(db) D. mg(dc)解析：小金屬環(huán)進入和穿出磁場的過程都要切割磁感線，因此小金屬環(huán)的機械能不斷地轉化為電能，電能又轉化為內能；最后小金屬環(huán)在yc的直線與x軸的磁場內往復運動，整個過程中機械能的減小量為Emg(dc)，由能的轉化與守恒定律可知，產(chǎn)生的焦耳熱總量為QEmg(dc)，所以D項正確。答案：D5. (多選)如圖所示，虛線矩形abcd為勻強磁場區(qū)域，磁場方向豎直向下，圓形閉合金屬線框以一定的速度沿光滑絕緣水平面向磁場區(qū)域運動。如圖所示給出的是圓形閉合金屬線框的四個可能到達的位置，則圓形閉合金屬線框的速度可能為零的位置是()解析：因為線框在進、出磁場時，線框中的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應電流，安培力阻礙線框運動，使線框的速度可能減為零，故A、D正確。答案：AD6. xx·安徽合肥如圖所示，光滑斜面的傾角為，斜面上放置一矩形導體線框abcd，ab邊的邊長為l1，bc邊的邊長為l2，線框的質量為m，電阻為R，線框通過絕緣細線繞過光滑的滑輪與重物相連，重物質量為M，斜面上ef線(ef平行底邊)的右方有垂直斜面向上的勻強磁場，磁感應強度為B，如果線框從靜止開始運動，進入磁場的最初一段時間是做勻速運動的，且線框的ab邊始終平行底邊，則下列說法正確的是( )A. 線框進入磁場前運動的加速度為B. 線框進入磁場時勻速運動的速度為C. 線框做勻速運動的總時間為D. 該勻速運動過程產(chǎn)生的焦耳熱為(Mgmgsin)l2解析：對重物和線框系統(tǒng)受力分析，由牛頓第二定律得，Mgmgsin(Mm)a，解得，a，A項錯誤；對線框受力分析，由平衡條件得，MgmgsinF安0，又F安BIl1，IE/R，EBl1v，聯(lián)立解得，v，B項錯誤；線框做勻速運動的總時間為t，C項錯誤；由能量守恒定律得，該勻速運動過程產(chǎn)生的焦耳熱等于系統(tǒng)重力勢能的減小，Q(Mgmgsin)l2，D項正確。答案：D7. 如圖所示的甲、乙、丙圖中，MN、PQ是固定在同一水平面內足夠長的平行金屬導軌。導體棒ab垂直放在導軌上，導軌都處于垂直水平面向下的勻強磁場中。導體棒和導軌間接觸良好且摩擦不計，導體棒、導軌和直流電源的電阻均可忽略，甲圖中的電容器C原來不帶電。今給導體棒ab一個向右的初速度v0，在甲、乙、丙圖中導體棒ab在磁場中的最終運動狀態(tài)是()A. 甲、丙中，棒ab最終將以相同速度做勻速運動；乙中ab棒最終靜止B. 甲、丙中，棒ab最終將以不同速度做勻速運動；乙中ab棒最終靜止C. 甲、乙、丙中，棒ab最終均做勻速運動D. 甲、乙、丙中，棒ab最終都靜止解析：甲圖中ab棒產(chǎn)生的感應電動勢對電容器C充電，C兩極板間電勢差與感應電動勢相同時，電路中沒有電流，ab棒做向右的勻速直線運動；乙圖中導體棒在初速度作用下，切割磁感線，產(chǎn)生電動勢，出現(xiàn)安培力，阻礙其向前運動，其動能轉化為熱能，最終會靜止；而丙圖雖在初速度作用下向右運動，但卻受到向左的安培力，則桿向右減速運動，然后還要向左運動。當金屬桿切割磁感線產(chǎn)生電動勢與電源的電動勢相等時，電路中沒有電流，所以金屬桿最終處于向左的勻速直線運動。由此得選項B正確，A、C、D錯誤。答案：B二、非選擇題(本題共4小題，共44分)8. (10分)xx·浙江杭州模擬如圖所示，電動機牽引一根原來靜止的、長為1 m、質量為0.1 kg的導體棒MN，其電阻R為1 ，導體棒架在處于磁感應強度B1 T，豎直放置的框架上，當導體棒上升h3.8 m時獲得穩(wěn)定的速度，導體產(chǎn)生的熱量為2 J，電動機牽引導體棒時，電壓表、電流表計數(shù)分別為7 V、1 A，電動機的內阻r1 ，不計框架電阻及一切摩擦；若電動機的輸出功率不變，g取10 m/s2，求：(1)導體棒能達到的穩(wěn)定速度為多少？(2)導體棒從靜止達到穩(wěn)定所需的時間為多少？解析：(1)電動機的輸出功率為PUAIAIr6 WF安BIL當導體棒的速度穩(wěn)定時，由平衡條件得，mg解得，v2 m/s。(2)由能量守恒定律得，PtQmghmv2解得，t1 s。答案：(1)2 m/s(2)1 s9. (11分)如圖甲所示，質量m6.0×103 kg、邊長L0.20 m、電阻R1.0 的正方形單匝金屬線框abcd，置于傾角30°的絕緣斜面上，ab邊沿水平方向，線框的上半部分處在垂直斜面向上的勻強磁場中，磁感應強度B隨時間t按圖乙所示的規(guī)律周期性變化，若線框在斜面上始終保持靜止，取g10 m/s2，試求：(1)在02.0×102 s內線框中產(chǎn)生的感應電流的大小。(2)在t1.0×102 s時線框受到斜面的摩擦力。解析：(1)設線框中產(chǎn)生的感應電動勢為E1，感應電流為I1，則E1I1代入數(shù)據(jù)解得E10.20 V，I10.20 A。(2)此時線框受到的安培力F1B1I1L代入數(shù)據(jù)得F14.0×103 N設此時線框受到的摩擦力大小為Ff，則mgsinF1Ff0代入數(shù)據(jù)得Ff3.4×102 N摩擦力方向沿斜面向上。答案：(1)0.20 A(2)3.4×102 N，方向沿斜面向上10. (11分)xx·安徽安慶檢測如圖所示，相距L1 m、電阻不計的平行光滑長金屬導軌固定在絕緣水平面上，兩導軌左端間接有阻值R2 的電阻，導軌所在區(qū)域內加上與導軌所在平面垂直、方向相反的勻強磁場，磁場寬度d均為0.6 m，磁感應強度大小B1 T、B20.8 T?，F(xiàn)有電阻r1 的導體棒ab垂直導軌放置且接觸良好，當導體棒ab從邊界MN進入磁場后始終以速度v5 m/s做勻速運動，求：(1)棒ab在磁場B1中時克服安培力做功的功率；(2)棒ab經(jīng)過任意一個磁場B2區(qū)域過程中通過電阻R的電荷量。解析：(1)在磁場B1中，棒ab切割磁感線產(chǎn)生的電動勢E1B1Lv感應電流I1安培力FB1I1L克服安培力做功的功率PFv0.67 W(2)在磁場B2中，棒ab切割磁感線產(chǎn)生的電動勢E2B2Lv感應電流I2棒ab經(jīng)過任意一個磁場B2區(qū)域過程中通過電阻R的電荷量qI2t20.16 C。答案：(1)0.67 W(2)0.16 C11. (12分)xx·黃岡聯(lián)考如圖所示，豎直面內的正方形導線框ABCD和abcd的邊長均為l、電阻均為R，質量分別為2m和m，它們分別系在一跨過兩個定滑輪的絕緣輕繩兩端，在兩導線框之間有一寬度為2l、磁感應強度為B、方向垂直豎直面向里的勻強磁場。開始時ABCD的下邊與勻強磁場的上邊界重合，abcd的上邊到勻強磁場的下邊界的距離為l?，F(xiàn)將系統(tǒng)由靜止釋放，當ABCD剛全部進入磁場時，系統(tǒng)開始做勻速運動。不計摩擦和空氣阻力，求：(1)系統(tǒng)勻速運動的速度大小；(2)兩導線框在從開始運動至等高的過程中所產(chǎn)生的總焦耳熱；(3)導線框abcd通過磁場的時間。解析：(1)如圖所示，設兩導線框剛勻速運動的速度為v、此時輕繩上的張力為T，則對ABCD有：T2mg 對abcd有：TmgBIlIEBlv則v。(2)設兩導線框在從開始運動至等高的過程中所產(chǎn)生的總焦耳熱為Q，當左、右兩導線框分別向上、向下運動2l的距離時，兩導線框等高，對這一過程，由能量守恒定律有：4mgl2mgl×3mv2Q聯(lián)立解得Q2mgl。(3)導線框abcd通過磁場時以速度v勻速運動，設導線框abcd通過磁場的時間為t，則t聯(lián)立解得：t。答案：(1)(2)2mgl(3)