2019-2020年高三物理二輪復習 第1部分 專題4 電路與電磁感應 第2講 電磁感應定律的綜合應用課時作業(yè)集訓.doc
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2019-2020年高三物理二輪復習 第1部分 專題4 電路與電磁感應 第2講 電磁感應定律的綜合應用課時作業(yè)集訓 一、選擇題(1~3題只有一項符合題目要求,4~6題有多項符合題目要求) 1.如圖所示,線圈L與小燈泡A并聯(lián)后接到電源上.先閉合開關S,穩(wěn)定后,通過線圈的電流為I1,通過小燈泡的電流為I2.斷開開關S,發(fā)現(xiàn)小燈泡閃亮一下再熄滅.則下列說法正確的是( ) A.I1<I2 B.I1=I2 C.斷開開關前后,通過小燈泡的電流方向不變 D.斷開開關前后,通過線圈的電流方向不變 解析: 開關S閉合穩(wěn)定后,因為線圈的電阻較小,由并聯(lián)電路的特征易知I1>I2,A、B錯;開關S斷開瞬間電源與線圈和小燈泡斷開,線圈中的電流要發(fā)生突變,所以線圈中會感應出新的電動勢阻礙原電流的減小,所以線圈中的電流方向不變,D對;斷開瞬間因為線圈相當于電源與燈泡構(gòu)成一個回路,流過燈泡的電流方向與開始時方向相反,C錯. 答案: D 2.(xx海南單科2)如圖,空間有一勻強磁場,一直金屬棒與磁感應強度方向垂直,當它以速度v沿與棒和磁感應強度都垂直的方向運動時,棒兩端的感應電動勢大小為ε,將此棒彎成兩段長度相等且相互垂直的折線,置于與磁感應強度相垂直的平面內(nèi),當它沿兩段折線夾角平分線的方向以速度v運動時,棒兩端的感應電動勢大小為ε′.則等于( ) A. B. C.1 D. 解析: 設折彎前導體切割磁感線的長度為L,ε=BLv;折彎后,導體切割磁感線的有效長度為L= =L,故產(chǎn)生的感應電動勢為ε′=Blv=BLv=ε,所以=,B正確. 答案: B 3.如圖所示,質(zhì)量為m的金屬線框A靜置于光滑水平面上,通過細繩跨過定滑輪與質(zhì)量為m的物體B相連,圖中虛線內(nèi)為一水平勻強磁場,d表示A與磁場左邊界的距離,不計滑輪摩擦及空氣阻力,設B下降h(h>d)高度時的速度為v,則以下關系中能夠成立的是( ) A.v2=gh B.v2=2gh C.A產(chǎn)生的熱量Q=mgh-mv2 D.A產(chǎn)生的熱量Q=mgh-mv2 解析: 由于線框在磁場內(nèi)的運動情況未知,故不能判斷v與h的具體關系,故A、B錯誤;根據(jù)題意,線框A進入磁場的過程克服安培力做功,線框A產(chǎn)生的熱量為Q,對A、B構(gòu)成的系統(tǒng),在B下降h高度的過程中,據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒定律有mgh=2mv2+Q,故選項C正確. 答案: C 4.如圖所示,水平銅圓盤與沿其軸線的豎直金屬桿固定連接,并可一同繞圓盤中心軸線自由轉(zhuǎn)動.a(chǎn)接線柱通過導線與金屬桿連通,b接線柱通過電刷與圓盤邊緣接觸良好 ,方向豎直向下的勻強磁場穿過整個圓盤,則( ) A.若使圓盤沿圖示方向轉(zhuǎn)動,b接線柱電勢高、a接線柱電勢低 B.若使圓盤沿圖示方向轉(zhuǎn)動,a接線柱電勢高、b接線柱電勢低 C.若使a接電源正極、b接電源負極,圓盤將沿圖示方向轉(zhuǎn)動 D.若使b接電源正極、a接電源負極,圓盤將沿圖示方向轉(zhuǎn)動 解析: 若使圓盤沿圖示方向轉(zhuǎn)動,根據(jù)右手定則,切割磁感線的導體相當于電源,在電源內(nèi)部電流從低電勢流到高電勢,a接線柱電勢高,b接線柱電勢低,選項A錯誤,選項B正確;若a接電源正極、b接電源負極,根據(jù)左手定則,圓盤在安培力作用下將沿圖示方向轉(zhuǎn)動,選項C正確;若b接電源正極、a接電源負極,根據(jù)左手定則,圓盤在安培力作用下將沿與圖示方向相反方向轉(zhuǎn)動,選項D錯誤. 答案: BC 5.如圖,傾角為α的斜面上放置著光滑導軌,金屬棒KN置于導軌上,在以ab和cd為邊界的區(qū)域內(nèi)存在磁感應強度為B的勻強磁場,磁場方向垂直導軌平面向上.在cd左側(cè)的無磁場區(qū)域cdPM內(nèi)有一半徑很小的金屬圓環(huán)L,圓環(huán)與導軌在同一平面內(nèi).當金屬棒KN在重力作用下從磁場右邊界ab處由靜止開始向下運動后,則下列說法正確的是( ) A.圓環(huán)L有收縮趨勢 B.圓環(huán)L有擴張趨勢 C.圓環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的感應電流變小 D.圓環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的感應電流不變 解析: 由于金屬棒KN在重力的作用下向下運動,則KNMP回路中產(chǎn)生逆時針方向的感應電流,則在圓環(huán)處產(chǎn)生垂直于軌道平面向外的磁場,隨著金屬棒向下加速運動,圓環(huán)的磁通量將增加,依據(jù)楞次定律可知,圓環(huán)將有收縮的趨勢以阻礙圓環(huán)磁通量的增加;又由于金屬棒向下運動的加速度減小,單位時間內(nèi)磁通量的變化率減小,所以在圓環(huán)中產(chǎn)生的感應電流不斷減?。? 答案: AC 6.有一個粗細均勻、邊長為L、電阻為3r的光滑正三角形金屬環(huán)ABC水平放置在磁感應強度大小為B、方向豎直向下的勻強磁場中,其俯視圖如圖所示,一根長為L、電阻為2r的金屬棒ab始終緊貼金屬環(huán)以速度v平行底邊BC向頂點A勻速平動,當金屬棒運動到圖示環(huán)的位置(正三角形中位線)時,下列說法中正確的是( ) A.a(chǎn)、b兩點間電勢差為Uab=BLv B.環(huán)的邊BC中的電流為 C.金屬棒所受安培力大小為 D.外力對金屬棒的功率為 解析: 金屬棒運動時切割磁感線,由右手定則可知a點電勢高,當運動到圖示中位線時,cd相當于電源,產(chǎn)生電動勢為E=BLv,此時外電路中cAd部分與cBCd部分并聯(lián),外電路阻值R==r,金屬棒cd中的電流為I==,Ucd=IR=BLv,所以Uab=Ucd+BLv=,A錯誤;由并聯(lián)規(guī)律知環(huán)的邊BC中的電流為IBC=I=,B正確;因金屬棒中只有cd部分有電流,故金屬棒所受安培力大小為FA=BI=,C錯誤;因金屬棒勻速運動,所以外力與安培力大小相等、方向相反,外力對金屬棒的功率為P=Fv=,D正確. 答案: BD 二、非選擇題 7.(xx海南單科13)如圖,兩平行金屬導軌位于同一水平面上,相距l(xiāng),左端與一電阻R相連;整個系統(tǒng)置于勻強磁場中,磁感應強度大小為B,方向豎直向下.一質(zhì)量為m的導體棒置于導軌上,在水平外力作用下沿導軌以速率v勻速向右滑動.滑動過程中始終保持與導軌垂直并接觸良好.已知導體棒與導軌間的動摩擦因數(shù)為μ,重力加速度大小為g,導軌和導體棒的電阻均可忽略.求: (1)電阻R消耗的功率; (2)水平外力的大?。? 解析: (1)導體切割磁感線運動產(chǎn)生的電動勢為E=Blv,根據(jù)歐姆定律,閉合回路中的感應電流為I=,電阻R消耗的功率為P=I2R,聯(lián)立可得P= (2)對導體棒受力分析,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=Bl,故F=+μmg 答案: (1) (2)+μmg 8.(xx江蘇單科13)做磁共振(MRI)檢查時,對人體施加的磁場發(fā)生變化時會在肌肉組織中產(chǎn)生感應電流.某同學為了估算該感應電流對肌肉組織的影響,將包裹在骨骼上的一圈肌肉組織等效成單匝線圈,線圈的半徑r=5.0 cm,線圈導線的截面積A=0.80 cm2,電阻率ρ=1.5 Ωm.如圖所示,勻強磁場方向與線圈平面垂直,若磁感應強度B在0.3 s內(nèi)從1.5 T均勻地減為零,求:(計算結(jié)果保留一位有效數(shù)字) (1)該圈肌肉組織的電阻R; (2)該圈肌肉組織中的感應電動勢E; (3)0.3 s內(nèi)該圈肌肉組織中產(chǎn)生的熱量Q. 解析: (1)由電阻定律R=ρ,代入數(shù)據(jù)解得R=6103 Ω (2)感應電動勢E=πr2,代入數(shù)據(jù)解得E=410-2 V (3)由焦耳定律得Q=Δt,代入數(shù)據(jù)解得Q=810-8 J 答案: (1)6103 Ω (2)410-2 V (3)810-8 J 9.如圖所示,空間存在豎直向上的勻強磁場,現(xiàn)將間距為L=1 m的平行導軌放在磁場中,左端接有阻值為R=2 Ω的定值電阻,其中導軌由水平軌道和半圓形軌道兩部分組成,這兩部分在CD處平滑連接,AB為半圓軌道的最高處.現(xiàn)將一長度也為L=1 m的導體棒MN垂直導軌放在水平軌道上,導體棒的初始位置與CD間的距離為x=3 m,導體棒與軌道間的摩擦力可忽略不計,且導體棒始終與軌道垂直并保持良好的接觸,導體棒經(jīng)過銜接處的能量損失忽略不計,導軌的電阻忽略不計.已知導體棒的質(zhì)量為m=1 kg、電阻為r=1 Ω,磁感應強度為B=1 T,半圓軌道的半徑為r0=1 m,重力加速度g=10 m/s2. (1)如果在一外力的作用下使導體棒以v=3 m/s的速度勻速運動到CD位置,則該過程中導體棒所受的安培力為多大? (2)如果導體棒從初始位置開始以v1=3 m/s的速率勻速運動到CD位置,然后以該速率在半圓軌道上做勻速圓周運動,則導體棒從初始位置一直運動到最高點的過程中,導體棒上產(chǎn)生的焦耳熱為多少?(結(jié)果保留兩位小數(shù)) 解析: (1)由法拉第電磁感應定律得E=BLv 又由閉合電路的歐姆定律知I= 導體棒所受安培力F=BIL 解得F=1 N,方向水平向左. (2)導體棒在水平軌道上勻速運動,則感應電動勢為E1=BLv1 運動的時間為t1==1 s 則導體棒在水平軌道上運動時系統(tǒng)產(chǎn)生的焦耳熱為Q1=t1=3 J 導體棒在半圓軌道上運動時產(chǎn)生的感應電動勢的瞬時表達式為e=Emcos θ 又感應電動勢最大值Em=BLv1=3 V 導體棒在半圓軌道上運動的時間t2= 導體棒在半圓軌道上運動時系統(tǒng)產(chǎn)生的焦耳熱 Q2=t2=t2=1.57 J 則整個過程中系統(tǒng)產(chǎn)生的焦耳熱Q=Q1+Q2=4.57 J 又Q棒=Q 則導體棒上產(chǎn)生的焦耳熱為Qr=1.52 J. 答案: (1)1 N 水平向左 (2)1.52 J 10.如圖所示,間距為L的兩條足夠長的光滑平行金屬導軌MN、PQ與水平面夾角為30,上端N、Q間連接一阻值為R的電阻,金屬棒ab與導軌接觸良好且垂直導軌放置,金屬棒長度為L、電阻為r,ab、cd間的距離為L,cd以下存在磁感應強度大小為B、方向與導軌平面垂直向下的勻強磁場.現(xiàn)在對棒施加一個平行導軌向下的恒力F,F(xiàn)的大小是棒ab重力的,當棒ab剛通過cd時恰好做勻速運動,此時突然只將力F反向,經(jīng)過一段時間后金屬棒靜止,已知重力加速度為g,求: (1)金屬棒的質(zhì)量; (2)金屬棒通過cd后向下運動的最大距離; (3)整個過程中電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱. 解析: (1)金屬棒從靜止開始在磁場外做勻加速運動,通過的距離為L,其加速度滿足F+mgsin 30=ma,而F=mg,聯(lián)立得a=g 所以金屬棒進入磁場時的速度為v1== 因金屬棒剛進入磁場就做勻速運動,所以安培力FA1=F+mgsin 30=mg FA1=BI1L= 聯(lián)立得m= . (2)若進入磁場瞬間拉力反向,因F=mg,所以導體棒所受合力等于其所受的安培力,有FA=BIL==ma 取極短時間Δt,則有Δx=vΔt,a= 代入并化簡得=mΔv 設金屬棒離開cd后向下運動的最大距離為x,則由累積法知=mv 聯(lián)立解得x=2L. (3)金屬棒進入磁場前,電阻R中沒有電流,不產(chǎn)生焦耳熱 從金屬棒進入磁場到最終靜止過程中,由動能定理知WG-WF-W安=0-mv 由功能關系知Q總=W安,而Q總=QR+Qr,由串聯(lián)規(guī)律知= 聯(lián)立解得QR=. 答案: (1) (2)2L (3)- 配套講稿:
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