2018年高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題46 電磁感應(yīng)中的動力學(xué)和能量問題（測）（含解析）

專題46 電磁感應(yīng)中的動力學(xué)和能量問題【滿分：110分 時間：90分鐘】一、選擇題(本大題共12小題，每小題5分，共60分。在每小題給出的四個選項中. 18題只有一項符合題目要求； 912題有多項符合題目要求。全部選對的得5分，選對但不全的得3分，有選錯的得0分。)1如圖，固定在水平桌面上的光滑金屬導(dǎo)軌cd、eg處于方向豎直向下的勻強磁場中，金屬桿ab與導(dǎo)軌接觸良好，在兩根導(dǎo)軌的端點d、e之間連接一電阻，其他部分電阻忽略不計，現(xiàn)用一水平向右的恒力F作用在金屬桿ab上，使金屬桿由靜止開始向右沿導(dǎo)軌滑動，滑動中桿ab始終垂直于導(dǎo)軌，金屬桿受到的安培力用F安表示，則下列說法正確的是： （ ）A金屬桿ab做勻加速直線運動B金屬桿ab運動過程回路中有順時針方向的電流C金屬桿ab所受到的F安先不斷增大，后保持不變D金屬桿ab克服安培力做功的功率與時間的平方成正比【答案】C 2如圖所示，兩條電阻不計的平行導(dǎo)軌與水平面成角，導(dǎo)軌的一端連接定值電阻R1，勻強磁場垂直穿過導(dǎo)軌平面一根質(zhì)量為m、電阻為R2的導(dǎo)體棒ab，垂直導(dǎo)軌放置，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)為，且R2=nR1如果導(dǎo)體棒以速度v勻速下滑，導(dǎo)體棒此時受到的安培力大小為F，則以下判斷正確的是 ： （ ）A. 電阻R消耗的電功率為Fv/nB. 重力做功的功率為mgvcosC. 運動過程中減少的機械能全部轉(zhuǎn)化為電能D. R2上消耗的功率為nFv/(n+l)【答案】D【名師點睛】導(dǎo)體棒以速度 v 勻速下滑，受到的安培力大小為 F，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律和焦耳定律，聯(lián)立解得P；根據(jù)能量轉(zhuǎn)化情況，分析整個裝置減小的機械功率轉(zhuǎn)化為電能和內(nèi)能。R2和R1串聯(lián)，電流相等，根據(jù)可知R2消耗的功率和R1消耗的功率的關(guān)系。 3如圖所示，PQ、MN是放置在水平面內(nèi)的光滑導(dǎo)軌，GH是長度為L、電阻為r的導(dǎo)體棒，其中點與一端固定的輕彈簧連接，輕彈簧的勁度系數(shù)為k導(dǎo)體棒處在方向向下、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中圖中E是電動勢為E，內(nèi)阻不計的直流電源，電容器的電容為C閉合開關(guān)，待電路穩(wěn)定后，下列選項正確的是： （ ）A導(dǎo)體棒中電流為 B輕彈簧的長度增加C輕彈簧的長度減少 D電容器帶電量為CR【答案】C【名師點睛】本題屬于含容電路問題，在電路的連接中，電容所在支路為斷路，電容兩端電壓等于與之并聯(lián)的導(dǎo)體兩端的電壓，利用閉合電路的歐姆定律即可得出電路中的電流及電容器的帶電量；導(dǎo)體棒在磁場中通電后受安培力作用，當安培力與彈簧的彈力相等時導(dǎo)體棒處于穩(wěn)定狀態(tài)，由胡克定律和平衡條件即可求出彈簧的形變量。4如圖所示，MN、PQ是間距為L的平行金屬導(dǎo)軌，置于磁感應(yīng)強度為B，方向垂直導(dǎo)線所在平面向里的勻強磁場中, 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r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向右勻速運動，則（不計導(dǎo)軌電阻： （ ）A通過電阻R的電流方向為PRM Bab兩點間的電壓為BLvCa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【答案】C【解析】根據(jù)右手定則可知：ab中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向為ba，則通過電阻R的電流方向為 MPR故A錯誤；金屬導(dǎo)線ab相當于電源，ab兩點間的電壓是路端電壓，即是R兩端的電壓根據(jù)閉合電路歐姆定律得知，ab兩點間的電壓為 故B錯誤金屬導(dǎo)線ab相當于電源，a端相當于電源的正極，電勢較高，故C正確ab棒向右做勻速直線運動，根據(jù)能量守恒得知：外力F做的功等于電路中產(chǎn)生的焦耳熱，大于電阻R上發(fā)出的焦耳熱，故D錯誤故選C.【名師點睛】本題比較簡單考查了電磁感應(yīng)與電路的結(jié)合，解決這類問題的關(guān)鍵是正確分析外電路的結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)有關(guān)電學(xué)知識求解；根據(jù)楞次定律或右手定則可判斷出通過電阻R的電流方向和a、b電勢高低金屬導(dǎo)線ab相當于電源，外電路為電阻R，由閉合電路歐姆定律求解ab兩點間的電壓；根據(jù)能量守恒得外界的能量轉(zhuǎn)化成整個電路產(chǎn)生的焦耳熱。 5如右圖所示,邊長為L的正方形導(dǎo)線框質(zhì)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.2mgL B.2mgL+mgH C.2mgL+mgH D.2mgL+mgH【答案】C【名師點睛】本題是運用能量守恒定律處理電磁感應(yīng)中能量問題，關(guān)鍵要正確分析能量是如何轉(zhuǎn)化的。6如圖，間距l(xiāng)0.4m的光滑平行金屬導(dǎo)軌電阻不計，與水平面夾角30°正方形區(qū)域abcd內(nèi)勻強磁場的磁感應(yīng)強度B0.2T，方向垂直于斜面甲、乙兩金屬桿電阻R相同、質(zhì)量均為m0.02kg，垂直于導(dǎo)軌放置起初，甲金屬桿處在磁場的上邊界ab上，乙在甲上方距甲也為l處現(xiàn)將兩金屬桿同時由靜止釋放，并同時在甲金屬桿上施加一個沿著導(dǎo)軌的拉力F，使甲金屬桿始終以a5m/s2的加速度沿導(dǎo)軌勻加速運動，已知乙金屬桿剛進入磁場時做勻速運動，取g10 m/s2： （ ）A甲金屬桿在磁場中運動的時間是0.4 sB每根金屬桿的電阻R0.12 C乙金屬桿在磁場運動過程中回路的電流為2.5AD乙金屬桿在磁場運動過程中安培力功率是0.1 W【答案】A【名師點睛】本題關(guān)鍵要抓住乙金屬桿進入磁場前，兩棒的加速度相同，運動情況相同，再根據(jù)牛頓第二定律、運動學(xué)公式和功能關(guān)系求解。7如圖所示，水平放置的兩根金屬導(dǎo)軌位于方向垂直于導(dǎo)軌平面并指向紙里的勻強磁場中導(dǎo)軌上有兩根小金屬導(dǎo)體桿ab和cd，其質(zhì)量均為m，能沿導(dǎo)軌無摩擦地滑動金屬桿ab和cd與導(dǎo)軌及它們間的接觸等所有電阻可忽略不計開始時ab和cd都是靜止的，現(xiàn)突然讓cd桿以初速度v向右開始運動，如果兩根導(dǎo)軌足夠長，則： （ ）Acd始終做減速運動，ab始終做加速運動，并將追上cdBcd始終做減速運動，ab始終做加速運動，但追不上cdC開始時cd做減速運動，ab做加速運動，最終兩桿以相同速度做勻速運動D磁場力對兩金屬桿做功的大小相等【答案】C【解析】讓cd桿以初速度v向右開始運動，cd桿切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電流，兩桿受安培力作用，安培力對cd向左，對ab向右，所以ab從零開始加速，cd從v0開始減速那么整個電路的感應(yīng)電動勢減小，所以cd桿將做加速度減小的減速運動，ab桿做加速度減小的加速運動，當兩桿速度相等時，回路磁通量不再變化，回路中電流為零，兩桿不再受安培力作用，將以相同的速度向右勻速運動故C正確，AB錯誤兩導(dǎo)線中的電流始終相等，但由于通過的距離不相等，故磁場對兩金屬桿做功大小不相等；故D錯誤；故選C?！久麕燑c睛】本題是牛頓第二定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的應(yīng)用問題解答本題能搞清楚物體的受力情況和運動情況，突然讓cd桿以初速度v向右開始運動，cd桿切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電流，兩桿受安培力作用，根據(jù)牛頓第二定律判斷兩桿的運動情況。 8如圖所示，在水平界面EF、 GH、JK間，分布著兩個勻強磁場，兩磁場方向水平且相反大小均為B，兩磁場高均為L寬度圓限。一個框面與磁場方向垂直、質(zhì)量為m電阻為R、邊長也為上的正方形金屬框abcd,從某一高度由靜止釋放，當ab邊剛進入第一個磁場時，金屬框恰好做勻速點線運動，當ab邊下落到GH和JK之間的某位置時，又恰好開始做勻速直線運動整個過程中空氣阻力不計則： （ ）A金屬框穿過勻強磁場過程中，所受的安培力保持不變B金屬框從ab邊始進入第一個磁場至ab邊剛到達第二個磁場下邊界JK過程中產(chǎn)生的熱量為2mgLC金屬框開始下落時ab邊距EF邊界的距離D當ab邊下落到GH和JK之間做勻速運動的速度【答案】D錯誤當ab邊剛進入第一個磁場時，金屬框恰好做勻速直線運動，由平衡條件得：，解得：，從線框開始下落到剛進入磁場過程，由機械能守恒定律得：mgh=mv2，解得：，故C錯誤當ab邊下落到GH和JK之間做勻速運動時，線框受到的安培力：，由平衡條件得：，解得：，故D正確故選D。 9如圖所示是某同學(xué)自制的電流表原理圖，質(zhì)量為m的均勻金屬桿MN與一豎直懸掛的絕緣輕彈簧相連，彈簧勁度系數(shù)為k，在邊長為，的矩形區(qū)域abcd內(nèi)均有勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B，方向垂直紙面向外。MN的右端連接一絕緣輕指針，可指示出標尺上的刻度，MN的長度大于ab，當MN中沒有電流通過且處于靜止時，MN與ab邊重合，且指針指在標尺的零刻度；當MN中有電流時，指針示數(shù)可表示電流大小，MN始終在紙面內(nèi)且保持水平，重力加速度為g，則： （ ）A要使電流表正常工作，金屬桿中電流方向應(yīng)從N至MB當該電流表的示數(shù)為零時，彈簧的伸長量不為零C該電流表的量程是D該電流表的刻度在范圍內(nèi)是均勻的【答案】BCD 10如圖甲所示，在豎直方向上有四條間距相等的水平虛線L1、L2、L3、L4，在L1L2之間和L3L4之間存在勻強磁場，磁感應(yīng)強度B大小均為1T,方向垂直于虛線所在的平面；現(xiàn)有一矩形線圈abcd，寬度cd=L=0.5m，質(zhì)量為0.1kg，電阻為2，將其從圖示位置由靜止釋放（cd邊與L1重合），速度隨時間的變化關(guān)系如圖乙所示，t1時刻cd邊與 L2重合，t2時刻ab邊與L3重合，t3時刻ab邊與L4重合，已知t1-t2的時間間隔為0.6s，整個運動過程中線圈平面始終處于豎直方向，重力加速度g取10m/s2則： （ ）A在0-t1時間內(nèi)，通過線圈的電荷量為0.25CB線圈勻速運動的速度大小為2m/sC線圈的長度為1mD0-t3時間內(nèi)，線圈產(chǎn)生的熱量為1.8J【答案】AD 11如圖甲所示，在傾角為的光滑斜面內(nèi)分布著垂直于斜面的勻強磁場，其磁感應(yīng)強度B隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示。質(zhì)量為m的矩形金屬框從t=0時刻靜止釋放，t3時刻的速度為v，移動的距離為L，重力加速度為g。在金屬框下滑的過程中，下列說法正確的是： （ ）At1t3時間內(nèi)金屬框中的電流方向不變B0t3時間內(nèi)金屬框做勻加速直線運動C0t3時間內(nèi)金屬框做加速度逐漸減小的直線運動D0t3時間內(nèi)金屬框中產(chǎn)生的焦耳熱為【答案】AB 12如圖所示，兩根足夠長光滑平行金屬導(dǎo)軌間距l(xiāng)0.9m，與水平面夾角30°，正方形區(qū)域abcd內(nèi)有勻強磁場，磁感應(yīng)強度B2T，方向垂直于斜面向上甲、乙是兩根質(zhì)量相同、電阻均為R=4.86的金屬桿，垂直于導(dǎo)軌放置甲置于磁場的上邊界ab處，乙置于甲上方l處現(xiàn)將兩金屬桿由靜止同時釋放，并立即在甲上施加一個沿導(dǎo)軌方向的拉力F，甲始終以a5m/s2的加速度沿導(dǎo)軌勻加速運動，乙進入磁場時恰好做勻速運動，g10m/s2則： （ ）A. 甲穿過磁場過程中拉力F不變B. 每根金屬桿的質(zhì)量為0.2kgC. 乙穿過磁場過程中安培力的功率是2WD. 乙穿過磁場過程中，通過整個回路的電荷量為C【答案】BD【解析】甲穿過磁場過程中做勻加速運動，故速度不斷增加，感應(yīng)電動勢逐漸變大，回路的電流增大，安培力變大，根據(jù) 可知，拉力F逐漸變大，選項A錯誤；乙進入磁場時的速度滿足 ，v0=3m/s；乙進入磁場后做勻速運動，則 ；因為乙進入磁場之前與甲的加速度相同，均為5m/s2，故當乙進入磁場時，甲剛好出離磁場，此時E=BLv0， ，聯(lián)立解得m=0.2kg，選項B正確；乙穿過磁場過程中安培力的功率：，選項C錯誤； 乙穿過磁場過程中，通過整個回路的電荷量： ，選項D正確；故選BD.點睛：此題是關(guān)于電磁感應(yīng)的綜合應(yīng)用問題；解題時要認真分析兩導(dǎo)體棒運動的物理過程及運動特點，分析導(dǎo)體棒的受力情況；求解電量時經(jīng)常用經(jīng)驗公式.二、非選擇題（本大題共4小題，第13、14題每題10分；第15、16題每題15分；共50分）13（10分）如圖甲所示，一足夠長阻值不計的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ之間的距離L0.5m，NQ兩端連接阻值R2.0的電阻，磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場垂直于導(dǎo)軌所在平面向上，導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角300。一質(zhì)量m=0.40kg，阻值r=1.0的金屬棒垂直于導(dǎo)軌放置并用絕緣細線通過光滑的定滑輪與質(zhì)量M=0.80kg的重物相連。細線與金屬導(dǎo)軌平行。金屬棒沿導(dǎo)軌向上滑行的速度v與時間t之間的關(guān)系如圖乙所示，已知金屬棒在00.3s內(nèi)通過的電量是0.30.6s內(nèi)通過電量的，=10m/s2，求： （1）00.3s內(nèi)棒通過的位移;（2）金屬棒在00.6s內(nèi)產(chǎn)生的熱量?！敬鸢浮浚?）0.3m（2）1.05J代入解得Q =3.15J由于金屬棒與電阻R串聯(lián)，電流相等，根據(jù)焦耳定律，得到它們產(chǎn)生的熱量與電阻成正比，所以金屬棒在00.6s內(nèi)產(chǎn)生的熱量14（10分）如圖甲所示，用粗細均勻的導(dǎo)線制成的一只圓形金屬圈，現(xiàn)被一根絕緣絲線懸掛在豎直平面內(nèi)處于靜止狀態(tài)，已知金屬圈的質(zhì)量為m=0.1kg，半徑為r=0.1m，導(dǎo)線單位長度的阻值為=0.1/m,.金屬圈的上半部分處在一方向垂直圈面向里的有界勻強磁場中，磁感應(yīng)強度B隨時間t的變化關(guān)系如圖乙所示金屬圈下半部分在磁場外已知從t0時刻起，測得經(jīng)過10s絲線剛好被拉斷。重力加速度g取10m/s2。求：（1）導(dǎo)體圓中感應(yīng)電流的大小及方向；（2）絲線所能承受的最大拉力F；（3）此過程中金屬圈中產(chǎn)生的焦耳熱Q.【答案】（1）0.2A（2）F=1.32N（3）Q=0.025J（3）金屬圈內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱代入數(shù)據(jù)得：Q=0.025J 15（15分）如圖所示，以MN為下邊界的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B，方向垂直于紙面向外， MN上方有一單匝矩形導(dǎo)線框abcd，其質(zhì)量為m，電阻為R，ab邊長為l1，bc邊長為l2，cd邊離MN的高度為h現(xiàn)將線框由靜止釋放，線框下落過程中ab邊始終保持水平，且ab邊離開磁場前已做勻速直線運動，求線框從靜止釋放到完全離開磁場的過程中l(wèi)ll2MNMdMcMaMbMhab邊離開磁場時的速度v；通過導(dǎo)線橫截面的電荷量q；導(dǎo)線框中產(chǎn)生的熱量Q【答案】（1）（2）（3） 16（15分）如圖甲所示，彎折成90°角的兩根足夠長金屬導(dǎo)軌平行放置，形成左右兩導(dǎo)軌平面，左導(dǎo)軌平面與水平面成53°角，右導(dǎo)軌平面與水平面成37°角，兩導(dǎo)軌相距L=0.2m，電阻不計。質(zhì)量均為m=0.1kg，電阻均為R=0.1的金屬桿ab、cd與導(dǎo)軌垂直接觸形成閉合回路，金屬桿與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)均為=0.5，整個裝置處于磁感應(yīng)強度大小為B=1.0T，方向平行于左導(dǎo)軌平面且垂直右導(dǎo)軌平面向上的勻強磁場中。t=0時刻開始，ab桿以初速度v1沿右導(dǎo)軌平面下滑。t=ls時刻開始，對ab桿施加一垂直ab桿且平行右導(dǎo)軌平面向下的力F，使ab開始作勻加速直線運動。cd桿運動的vt圖象如圖乙所示（其中第1s、第3s內(nèi)圖線為直線）。若兩桿下滑過程均保持與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8求：（1）在第1秒內(nèi)cd桿受到的安培力的大?。唬?）ab桿的初速度v1；（3）若第2s內(nèi)力F所做的功為9J，求第2s內(nèi)cd桿所產(chǎn)生的焦耳熱?！敬鸢浮浚?）；（2）；（3）。（3）根據(jù)vt圖象可知，c d桿在第3s內(nèi)做勻減速運動，加速度對cd桿受力分析，根據(jù)牛頓第二定律，有：解得安培力由可得2s時ab桿的速度第2s內(nèi)ab桿做勻加速運動，ab桿的位移對ab桿，根據(jù)動能定理，有：解得安培力做功回路中產(chǎn)生的焦耳熱解得：第2s內(nèi)cd桿所產(chǎn)生的焦耳熱16