（江蘇專用）2020高考物理二輪復(fù)習(xí) 第一部分 專題四 電路與電磁感應(yīng) 第三講 電磁感應(yīng)綜合問(wèn)題——課后自測(cè)診斷卷

第三講 電磁感應(yīng)綜合問(wèn)題課后自測(cè)診斷卷1多選(2018江蘇高考)如圖所示，豎直放置的“”形光滑導(dǎo)軌寬為L(zhǎng)，矩形勻強(qiáng)磁場(chǎng)、的高和間距均為d，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。質(zhì)量為m的水平金屬桿由靜止釋放，進(jìn)入磁場(chǎng)和時(shí)的速度相等。金屬桿在導(dǎo)軌間的電阻為R，與導(dǎo)軌接觸良好，其余電阻不計(jì)，重力加速度為g。金屬桿()A剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)加速度方向豎直向下B穿過(guò)磁場(chǎng)的時(shí)間大于在兩磁場(chǎng)之間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間C穿過(guò)兩磁場(chǎng)產(chǎn)生的總熱量為4mgdD釋放時(shí)距磁場(chǎng)上邊界的高度h可能小于解析：選BC金屬桿在磁場(chǎng)之外的區(qū)域做加速運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入磁場(chǎng)和時(shí)的速度相等，所以進(jìn)入磁場(chǎng)、的速度大于穿出磁場(chǎng)的速度，則金屬桿剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)做減速運(yùn)動(dòng)，加速度方向豎直向上，故A錯(cuò)誤。金屬桿在磁場(chǎng)中(先)做加速度減小的減速運(yùn)動(dòng)，在兩磁場(chǎng)之間做加速度為g的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)過(guò)程位移相等，vt圖像可能如圖所示，可以看出B正確。由于進(jìn)入兩磁場(chǎng)時(shí)速度相等，由動(dòng)能定理得，W安1mg2d0，可知金屬桿穿過(guò)磁場(chǎng)克服安培力做功為2mgd，即產(chǎn)生的熱量為2mgd，故穿過(guò)兩磁場(chǎng)產(chǎn)生的總熱量為4mgd，故C正確。設(shè)剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度為v，則由機(jī)械能守恒定律知mghmv2，由牛頓第二定律得mgma，解得h，故D錯(cuò)誤。2.多選(2019蘇錫常鎮(zhèn)二模)如圖，一根足夠長(zhǎng)的直導(dǎo)線水平放置，通以向右的恒定電流，在其正上方O點(diǎn)用細(xì)絲線懸掛一銅制圓環(huán)。將圓環(huán)從a點(diǎn)無(wú)初速釋放，圓環(huán)在直導(dǎo)線所處的豎直平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)b和最右側(cè)c后返回。下列說(shuō)法正確的是()A從a到c的過(guò)程中圓環(huán)中的感應(yīng)電流方向先順時(shí)針后逆時(shí)針B運(yùn)動(dòng)過(guò)程中圓環(huán)受到的安培力方向與速度方向相反C圓環(huán)從b到c的時(shí)間大于從c到b的時(shí)間D圓環(huán)從b到c產(chǎn)生的熱量大于從c到b產(chǎn)生的熱量解析：選AD由安培定則知，直導(dǎo)線上方磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，圓環(huán)從a到b的過(guò)程中磁通量增加，由楞次定律和安培定則可得，線圈中感應(yīng)電流方向是順時(shí)針；圓環(huán)從b到c的過(guò)程中磁通量減小，由楞次定律和安培定則可得，線圈中感應(yīng)電流方向是逆時(shí)針，故A項(xiàng)正確；圓環(huán)從a到b的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，將環(huán)分解為若干個(gè)小的電流元，上半環(huán)的左右對(duì)稱部分所受合力向下，下半環(huán)左右對(duì)稱部分所受合力向上，下半環(huán)所在處的磁場(chǎng)比上半環(huán)所在處的磁場(chǎng)強(qiáng)，則整個(gè)圓環(huán)所受安培力的方向向上，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；圓環(huán)從b到c的過(guò)程與圓環(huán)從c到b的過(guò)程中經(jīng)同一位置時(shí)從b到c速率大于從c到b的速率(一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能)，則圓環(huán)從b到c的時(shí)間小于從c到b的時(shí)間，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；圓環(huán)從b到c的過(guò)程與圓環(huán)從c到b的過(guò)程中經(jīng)同一位置時(shí)從b到c圓環(huán)所受安培力大于從c到b圓環(huán)所受安培力，圓環(huán)從b到c的過(guò)程克服安培力做的功大于圓環(huán)從c到b的過(guò)程克服安培力做的功，所以圓環(huán)從b到c產(chǎn)生的熱量大于從c到b產(chǎn)生的熱量，故D項(xiàng)正確。3多選(2019江蘇省如東高級(jí)中學(xué)高三期末)健身車的磁控阻力原理如圖所示，在銅質(zhì)飛輪的外側(cè)有一些磁鐵(與飛輪不接觸)，人在健身時(shí)帶動(dòng)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)，磁鐵會(huì)對(duì)飛輪產(chǎn)生阻礙，拉動(dòng)控制拉桿可以改變磁鐵與飛輪間的距離。則()A飛輪受到阻力大小與其材料密度有關(guān)B飛輪受到阻力大小與其材料電阻率無(wú)關(guān)C飛輪轉(zhuǎn)速一定時(shí)，磁鐵越靠近飛輪，其受到的阻力越大D磁鐵與飛輪間距離不變時(shí)，飛輪轉(zhuǎn)速越大，其受到阻力越大解析：選CD飛輪在磁場(chǎng)中做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)，所以會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，根據(jù)楞次定律可知，磁場(chǎng)會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)的飛輪產(chǎn)生阻力，以阻礙飛輪與磁場(chǎng)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以飛輪受到的阻力主要來(lái)源于磁鐵對(duì)它的安培力，而安培力大小與其材料的電阻率有關(guān)，與其密度無(wú)關(guān)，故A、B錯(cuò)誤；磁鐵越靠近飛輪，飛輪處的磁感應(yīng)強(qiáng)度越強(qiáng)，所以在飛輪轉(zhuǎn)速一定時(shí)，磁鐵越靠近飛輪，飛輪上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流越大，飛輪受到的阻力越大，故C正確；磁鐵和飛輪間的距離一定時(shí)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，飛輪轉(zhuǎn)速越大，則飛輪上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流越大，那么飛輪受到的阻力越大，故D正確。4(2017江蘇高考)如圖所示，兩條相距d的平行金屬導(dǎo)軌位于同一水平面內(nèi)，其右端接一阻值為R的電阻。質(zhì)量為m的金屬桿靜置在導(dǎo)軌上，其左側(cè)的矩形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域MNPQ的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向豎直向下。當(dāng)該磁場(chǎng)區(qū)域以速度v0勻速地向右掃過(guò)金屬桿后，金屬桿的速度變?yōu)関。導(dǎo)軌和金屬桿的電阻不計(jì)，導(dǎo)軌光滑且足夠長(zhǎng)，桿在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸。求：(1)MN剛掃過(guò)金屬桿時(shí)，桿中感應(yīng)電流的大小I；(2)MN剛掃過(guò)金屬桿時(shí)，桿的加速度大小a；(3)PQ剛要離開(kāi)金屬桿時(shí)，感應(yīng)電流的功率P。解析：(1)MN剛掃過(guò)金屬桿時(shí)，金屬桿的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EBdv0回路的感應(yīng)電流I由式解得I。(2)金屬桿所受的安培力FBId由牛頓第二定律，對(duì)金屬桿Fma由式解得a。(3)金屬桿切割磁感線的速度vv0v感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EBdv感應(yīng)電流的電功率P由式解得P。答案：(1)(2)(3)5(2019蘇錫常鎮(zhèn)二模)一種測(cè)量物體質(zhì)量的裝置，其結(jié)構(gòu)如圖甲、乙所示，磁極間存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0.5 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。邊長(zhǎng)L0.1 m、匝數(shù)n100匝的正方形線圈abcd套于中心磁極并固定在托盤骨架上，總質(zhì)量m01 kg。線圈左右兩邊處于磁場(chǎng)中，與一數(shù)字式電量表(圖上未畫出)連接成一個(gè)回路，回路總電阻為R10 。托盤下方和磁極之間固定一勁度系數(shù)為k10 N/cm的輕彈簧。在某次測(cè)量中，一物體從輕放到托盤上到最終靜止的過(guò)程中流過(guò)電量表的凈電荷量為q0.02 C，不計(jì)摩擦和空氣阻力，g取10 m/s2。(1)當(dāng)托盤向下運(yùn)動(dòng)的速度為v0.1 m/s時(shí)，求此時(shí)線圈中感應(yīng)電流的大小和方向；(2)求該物體的質(zhì)量；(3)測(cè)量中彈簧增加的彈性勢(shì)能為Ep0.2 J，求回路產(chǎn)生的焦耳熱Q。解析：(1)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得，E2nBLv1 VI0.1 A根據(jù)右手定則，線圈中感應(yīng)電流的方向在俯視圖中沿順時(shí)針?lè)较颉?2)由題意可知流過(guò)電量表的電荷量qt，解得：x0.02 m根據(jù)kxmg，解得m2 kg。(3)根據(jù)功能關(guān)系有：(mm0)gxEpQ，解得：Q0.4 J。答案：(1)0.1 A在俯視圖中沿順時(shí)針?lè)较?2)2 kg(3)0.4 J6(2019南京、鹽城二模)如圖所示，絕緣斜面傾角為，虛線下方有方向垂直于斜面向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，虛線與斜面底邊平行。將質(zhì)量為m、電阻為R、邊長(zhǎng)為l的正方形金屬框abcd從斜面上由靜止釋放，釋放時(shí)cd邊與磁場(chǎng)邊界距離為x0，不計(jì)摩擦，重力加速度為g。求：(1)金屬框cd邊進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，金屬框中的電動(dòng)勢(shì)大小E；(2)金屬框cd邊進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的加速度大小a；(3)金屬框進(jìn)入磁場(chǎng)的整個(gè)過(guò)程中，通過(guò)金屬框的電荷量q。解析：(1)金屬框進(jìn)入磁場(chǎng)前機(jī)械能守恒，mgx0sin mv2金屬框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為EBlv聯(lián)立解得EBl。(2)感應(yīng)電流I安培力FAIlB取沿斜面向下為正方向，對(duì)于金屬框mgsin FAma聯(lián)立解得agsin 。(3)金屬框進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程中的平均電動(dòng)勢(shì)平均電流流過(guò)的電荷量qt聯(lián)立解得q。答案：(1)Bl(2)gsin (3)7(2019南京三模)如圖甲所示，固定在水平桌面上的間距為L(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌，其右端MN間接有阻值為R的定值電阻，導(dǎo)軌上存在著以efhg為邊界，寬度為d的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖乙所示，磁場(chǎng)方向豎直向下。一長(zhǎng)度為L(zhǎng)的金屬棒垂直于導(dǎo)軌放置，金屬棒的電阻也為R，在t0時(shí)刻從圖示位置在恒力作用下由靜止開(kāi)始沿導(dǎo)軌向右運(yùn)動(dòng)，tt0時(shí)刻恰好進(jìn)入磁場(chǎng)，此時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0，并保持不變。金屬棒從圖示位置到恰好穿出磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，電阻R上的電流大小不變。導(dǎo)軌電阻不計(jì)。求：(1)0t0時(shí)間內(nèi)流過(guò)電阻R的電流I的大小和方向；(2)金屬棒穿過(guò)磁場(chǎng)的速度及所受恒力的大??；(3)金屬棒從圖示位置到恰好穿出磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q。解析：(1)0t0時(shí)間內(nèi)，由ES解得E由I解得I方向?yàn)橛蒒到M。(2)經(jīng)分析可知，金屬棒穿過(guò)磁場(chǎng)的過(guò)程中電動(dòng)勢(shì)大小與0t0時(shí)間內(nèi)相同由EBLv解得v金屬棒勻速通過(guò)磁場(chǎng)FBIL代入數(shù)據(jù)解得F。(3)金屬棒從圖示位置到恰好穿出磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中電流大小不變，為I金屬棒勻速通過(guò)磁場(chǎng)的時(shí)間為tt0所以QI2R(t0t)。答案：(1)，方向?yàn)橛蒒到M(2)(3)8.(2019江蘇七市三模)如圖所示，水平導(dǎo)體棒ab質(zhì)量為m、長(zhǎng)為L(zhǎng)、電阻為R0，其兩個(gè)端點(diǎn)分別搭接在豎直平行放置的兩光滑金屬圓環(huán)上，兩圓環(huán)半徑均為r、電阻不計(jì)。阻值為R的電阻用導(dǎo)線與圓環(huán)相連接，理想交流電壓表V接在電阻兩端。整個(gè)空間有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。導(dǎo)體棒ab在外力F作用下以角速度繞兩圓環(huán)的中心軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生正弦交流電。已知重力加速度為g。求：(1)導(dǎo)體棒ab沿環(huán)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的安培力最大值Fm；(2)電壓表的示數(shù)U和導(dǎo)體棒從環(huán)的最低點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到與環(huán)心等高處過(guò)程中通過(guò)電阻R的電荷量q；(3)導(dǎo)體棒ab從環(huán)的最低點(diǎn)運(yùn)動(dòng)半周到最高點(diǎn)的過(guò)程中外力F做的功W。解析：(1)導(dǎo)體棒ab產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EmBLvBLr根據(jù)歐姆定律可得：I受到的安培力最大值：FmBIL解得：Fm。(2)電動(dòng)勢(shì)的有效值為：E通過(guò)電阻R的電流I電壓表的示數(shù)UIR解得：U導(dǎo)體棒從環(huán)的最低點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到與環(huán)心等高處過(guò)程產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通過(guò)電阻R的電荷量qtt磁通量的變化量BLr解得：q。(3)此過(guò)程安培力做的功為：W安I2(RR0)由動(dòng)能定理有：WW安mg2r0解得：W2mgr。答案：(1)(2)(3)2mgr7