(江蘇專版)2019版高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題四 第三講 電磁感應(yīng)綜合問題課前自測診斷卷(含解析).doc
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電磁感應(yīng)綜合問題 考點一 電磁感應(yīng)中的電路問題 1.[考查感應(yīng)電動勢與路端電壓的關(guān)系] 如圖所示,在豎直平面內(nèi)有一金屬環(huán),環(huán)半徑為0.5 m,金屬環(huán)總電阻為2 Ω,在整個豎直平面內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強磁場,磁感應(yīng)強度為B=1 T,在環(huán)的最高點上方A點用鉸鏈連接一長度為1.5 m,電阻為3 Ω的導(dǎo)體棒AB,當(dāng)導(dǎo)體棒AB擺到豎直位置時,導(dǎo)體棒B端的速度為3 m/s且到達金屬環(huán)最低點。已知導(dǎo)體棒下擺過程中緊貼環(huán)面且與金屬環(huán)有良好接觸,則導(dǎo)體棒AB擺到豎直位置時AB兩端的電壓大小為( ) A.0.4 V B.0.65 V C.2.25 V D.4.5 V 解析:選B 當(dāng)導(dǎo)體棒擺到豎直位置時, 由v=ωr可得:C點的速度為 vC=vB=3 m/s=1 m/s AC間電壓為 UAC=EAC=BLAC=10.5 V=0.25 V CB段產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為 ECB=BLCB=11 V=2 V 圓環(huán)兩側(cè)并聯(lián),電阻為R= Ω=0.5 Ω, 導(dǎo)體棒CB段的電阻為r=2 Ω 則CB間電壓為UCB=ECB=2 V=0.4 V 故AB兩端的電壓大小為 UAB=UAC+UCB=0.25 V+0.4 V=0.65 V。 故選B。 2.[考查電磁感應(yīng)中的導(dǎo)線框電路問題] 如圖,勻強磁場水平邊界的上方h=5 m處有一個邊長L=1 m的正方形導(dǎo)線框從靜止開始下落。已知線框質(zhì)量m=1 kg,電阻為R=10 Ω,磁感應(yīng)強度為B=1 T。當(dāng)線框的cd邊剛進入磁場時(g取10 m/s2): (1)求線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大??; (2)求cd兩點間的電勢差大??; (3)若線框此時加速度等于0,則線框電阻應(yīng)該變?yōu)槎嗌伲? 解析:(1)cd邊剛進入磁場時,線框速度:v= 線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢: E=BLv=BL=10 V。 (2)此時線框中電流:I= cd切割磁感線相當(dāng)于電源,cd兩點間的電勢差即路端電壓:U=IR=7.5 V。 (3)安培力F=BIL= 根據(jù)牛頓第二定律:mg-F=ma 由a=0,解得電阻R==1 Ω。 答案:(1)10 V (2)7.5 V (3)1 Ω 考點二 電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題 3.[考查感生與動生中導(dǎo)體棒的運動] 近期大功率儲能技術(shù)受到媒體的廣泛關(guān)注,其中飛輪儲能是熱點之一。為說明某種飛輪儲能的基本原理,將模型簡化為如圖所示,光滑的型導(dǎo)軌水平放置,電阻不計,長度足夠。軌道平行部分間距為L=1 m,導(dǎo)軌上靜止放置有長度也為L、質(zhì)量為m=100 kg、電阻為R1=0.1 Ω的導(dǎo)體棒AB。導(dǎo)軌間虛線框區(qū)域有垂直軌道平面向上的均勻變化磁場,虛線框右側(cè)區(qū)域有垂直軌道平面向下的勻強磁場,磁感應(yīng)強度為B=10 T。圖中開關(guān)S接a,經(jīng)過足夠長時間,棒AB向右勻速運動,速度為v=100 m/s,然后若將開關(guān)S接b,棒AB可作為電源對電阻R2供電,電阻R2=0.9 Ω。 (1)開關(guān)S接a,棒AB勻速運動時,虛線框中的磁場磁通量每秒鐘變化多少? (2)求開關(guān)S接b的瞬間棒AB加速度的大小。 (3)求開關(guān)S接b后R2產(chǎn)生的總熱量Q。 解析:(1)棒AB勻速運動時加速度為零,安培力為零,電流為零,磁通量不變,所以虛線框中磁場每秒增加ΔΦ=BLvt=1 000 Wb。 (2)棒AB產(chǎn)生的電動勢E=BLv=1 000 V, 電路中產(chǎn)生的電流I==1 000 A, 故受到的安培力為F=BIL=1104 N, 根據(jù)牛頓第二定律可得a==100 m/s2。 (3)棒的動能全部轉(zhuǎn)化為電熱,故Q總=mv2=5105 J, 電阻R2上產(chǎn)生的電熱為Q=Q總=4.5105 J。 答案:(1)1 000 Wb (2)100 m/s2 (3)4.5105 J 4.[考查電磁感應(yīng)中線框的動力學(xué)問題] 如圖所示,光滑斜面的傾角α=30,在斜面上放置一矩形線框abcd,ab邊的邊長l1=1 m,bc邊的邊長l2=0.6 m,線框的質(zhì)量m=1 kg,電阻R=0.1 Ω。線框通過細(xì)線與重物相連,重物質(zhì)量M=2 kg,斜面上ef線(ef∥gh)的上方有垂直斜面向上的勻強磁場,磁感應(yīng)強度B=0.5 T。如果線框從靜止開始運動,進入磁場最初一段時間是勻速的,ef線和gh的距離s=11.4 m(取g=10 m/s2),求: (1)線框進入磁場前重物M加速度的大??; (2)線框進入磁場時勻速運動速度v的大小。 解析:(1)線框進入磁場前,線框受到重力、細(xì)線的拉力T1、斜面的支持力,重物M受到重力和拉力T1′。 對線框由牛頓第二定律得T1-mgsin α=ma 對重物Mg-T1′=Ma 由牛頓第三定律得T1=T1′ 聯(lián)立解得線框進入磁場前重物M的加速度 a==5 m/s2。 (2)因為線框進入磁場的最初一段時間做勻速運動,所以重物受力平衡:Mg=T2′ 線框受力平衡:T2=mgsin α+BIl1 由牛頓第三定律得T2=T2′, ab邊進入磁場切割磁感線,產(chǎn)生的電動勢E=Bl1v 線框中的電流I== 聯(lián)立上述各式得Mg=mgsin α+, 代入數(shù)據(jù)解得v=6 m/s。 答案:(1)5 m/s2 (2)6 m/s 考點三 電磁感應(yīng)中的能量問題 5.[考查圓形磁場的電磁感應(yīng)現(xiàn)象問題] 如圖所示,粗糙斜面的傾角θ=37,半徑r=0.5 m的圓形區(qū)域內(nèi)存在著垂直于斜面向下的勻強磁場。一個匝數(shù)n=10匝的剛性正方形線框abcd,通過松弛的柔軟導(dǎo)線與一個額定功率P=1.25 W的小燈泡A相連,圓形磁場的一條直徑恰好與線框bc邊重合。已知線框總質(zhì)量m=2 kg,總電阻R0=1.25 Ω,邊長L>2r,與斜面間的動摩擦因數(shù)μ=0.5。從t=0時起,磁場的磁感應(yīng)強度按B=2-t(T)的規(guī)律變化。開始時線框靜止在斜面上,在線框運動前,燈泡始終正常發(fā)光。設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,求:(g取10 m/s2,sin 37=0.6,cos 37=0.8,π取3.2) (1)線框不動時,回路中的感應(yīng)電動勢E; (2)小燈泡正常發(fā)光時的電阻R; (3)線框保持不動的時間內(nèi),小燈泡產(chǎn)生的熱量Q。 解析:(1)由法拉第電磁感應(yīng)定律有:E=n, 得:E=nπr2=10π0.52 V=2.5 V。 (2)小燈泡正常發(fā)光,有:P=I2R, 由閉合電路歐姆定律有:E=I(R0+R), 即有:P=2R, 代入數(shù)據(jù)解得:R=1.25 Ω,I=1 A。 (3)對線框bc邊處于磁場中的部分受力分析如圖,當(dāng)線框恰好要運動時,磁場的磁感應(yīng)強度大小為B′,由力的平衡條件有: mgsin θ=F安+f=F安+μmgcos θ F安=nB′I2r, 由以上分析解得線框剛要運動時,磁場的磁感應(yīng)強度大小為B′=0.4 T 代入B=2-t(T)可求出線框在斜面上可保持靜止的時間t= s= s, 小燈泡產(chǎn)生的熱量為Q=Pt=1.25 J=3.2 J。 答案:(1)2.5 V (2)1.25 Ω (3)3.2 J 6.[考查導(dǎo)體在變化的磁場中運動問題] 如圖甲所示,平行光滑金屬導(dǎo)軌水平放置,兩導(dǎo)軌相距L=0.4 m,導(dǎo)軌一端與阻值R=0.3 Ω的電阻相連,導(dǎo)軌電阻不計。導(dǎo)軌x>0一側(cè)存在沿x軸正方向均勻增大的恒定磁場,其方向與導(dǎo)軌平面垂直向下,磁感應(yīng)強度B隨位置x變化如圖乙所示。一根質(zhì)量m=0.2 kg、電阻r=0.1 Ω的金屬棒置于導(dǎo)軌上,并與導(dǎo)軌垂直,棒在外力F作用下從x=0處以初速度v0=2 m/s沿導(dǎo)軌向右變速運動,且金屬棒在運動過程中受到的安培力大小不變。求: (1)金屬棒在x=1 m處速度的大??; (2)金屬棒從x=0運動到x=1 m過程中,外力F所做的功; (3)金屬棒從x=0運動到x=2 m過程中,流過金屬棒的電荷量。 解析:(1)根據(jù)題意可知金屬棒所受的安培力大小不變,x=0處與x=1 m處安培力大小相等, 有=, 即v1=v0=2 m/s=0.5 m/s。 (2)金屬棒在x=0處的安培力大小為: F安== N=0.2 N 對金屬棒從x=0運動到x=1 m過程中,根據(jù)動能定理有: WF-F安x=mv12-mv02 代入數(shù)據(jù)解得:WF=-0.175 J。 (3)流過金屬棒的電荷量 q=t=Δt== x=0到x=2 m過程中,Bx圖像包圍的面積: ΔBx=2=2, 解得q== C=2 C。 答案:(1)0.5 m/s (2)-0.175 J (3)2 C 7.[考查導(dǎo)體棒在線框上運動問題] 如圖甲所示,“”形線框豎直放置,電阻不計。勻強磁場方向與線框平面垂直,一個質(zhì)量為m、阻值為R的光滑導(dǎo)體棒AB,緊貼線框下滑,所達到的最大速度為v?,F(xiàn)將該線框和磁場同時旋轉(zhuǎn)一個角度放置在傾角為θ的斜面上,如圖乙所示。 (1)在斜面上導(dǎo)體棒由靜止釋放,在下滑過程中,線框一直處于靜止?fàn)顟B(tài),求導(dǎo)體棒最大速度的大??; (2)導(dǎo)體棒在下滑過程中線框保持靜止,求線框與斜面之間的動摩擦因數(shù)μ所滿足的條件(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力); (3)現(xiàn)用一個恒力F=2mgsin θ沿斜面向上由靜止開始拉導(dǎo)體棒,通過距離s時導(dǎo)體棒已經(jīng)做勻速運動,線框保持不動,求此過程中導(dǎo)體棒上產(chǎn)生的焦耳熱。 解析:(1)導(dǎo)體棒受到的安培力F=BIL=, 線框豎直放置時,由平衡條件得:mg=, 線框在斜面上時,由平衡條件得mgsin θ=, 解得v′=vsin θ。 (2)設(shè)線框質(zhì)量為M,當(dāng)AB棒速度最大時,線框受到沿斜面向下的安培力最大,要使線框靜止不動,需要滿足Mgsin θ+mgsin θ≤μ(M+m)gcos θ,解得:μ≥tan θ。 (3)當(dāng)導(dǎo)體棒勻速運動時,由平衡條件得 F=mgsin θ+, 由能量守恒定律得Fs=mgssin θ+mv″2+Q, 解得:Q=mgssin θ-mv2sin2θ。 答案:(1)vsin θ (2)μ≥tan θ (3)mgssin θ-mv2sin2θ- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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