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1、2020高考物理二輪專題訓(xùn)練16 電磁感應(yīng)與電路的綜合問題
1.(寧夏高考)如圖1所示,同一平面內(nèi)的三條平行導(dǎo)線串有兩個電阻R和r,導(dǎo)體棒PQ與三條導(dǎo)線接觸良好;勻強磁場的方向垂直紙面向里.導(dǎo)體棒的電阻可忽略,當(dāng)導(dǎo)體棒向左滑動時,下列說法正確的是( )
A.流過R的電流為由d到c,流過r的電流為由b到a 圖1
B.流過R的電流為由c到d,流過r的電流為由b到a
C.流過R的電流為由d到c,流過r的電流為由a到b
D.流過R的電流為由c到d,流過r的電流為由a到b
2.(2020·天津理綜·4)如圖2所示,豎直
2、放置的兩根平行金屬導(dǎo)軌之間接有定值電阻R,質(zhì)量不能忽略的金屬棒與兩導(dǎo)軌始終保持垂直并接觸良好且無摩擦,棒與導(dǎo)軌的電阻均不計,整個裝置放在勻強磁場中,磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直,棒在豎直向上的恒力F作用下加速上升的一段時間內(nèi),力F做的功與安培力做的功的代數(shù)和等于( )
A.棒的機械能增加量 B.棒的動能增加量 圖2
C.棒的重力勢能增加量 D.電阻R上放出的熱量
3.(2020·寧夏理綜·16)醫(yī)生做某些特殊手術(shù)時,利用電磁血流計來監(jiān)測通過動脈的血流速度.電磁血流計由一對電極a和b以及一對磁極N和S構(gòu)成,磁極間的磁場是均勻的.使用時,兩電極a、b均與
3、血管壁接觸,兩觸點的連線、磁場方向和血流速度方向兩兩垂直,如圖3所示.由于血液中的正負離子隨血流一起在磁場中運動,電極a、b之間會有微小電勢差.在達到平衡時,血管內(nèi)部的電場可看作是勻強電場,血液中的離子所受的電場力和磁場力的合力為零.在某次監(jiān)測中,兩觸點的距離為3.0 mm,血管壁的厚度可忽略,兩觸點間的電勢差為160 μV,磁感應(yīng)強度的大小為0.040 T.則血流速度的近似值和電極a、b的正負為( )
圖3
A.1.3 m/s,a正、b負 B.2.7 m/s,a正、b負
C.1.3 m/s,a負、b正 D.2.7 m/s,a負、b正
4.一個閉合回路由兩部分
4、組成,如圖4所示,右側(cè)是電阻為r的圓形導(dǎo)線;置于豎直方向均勻變化的磁場B1中,左側(cè)是光滑的傾角為θ的平行導(dǎo)軌,寬度為d,其電阻不計.磁感應(yīng)強度為B2的勻強磁場垂直導(dǎo)軌平面向上,且只分布在左側(cè),一個質(zhì)量為m、電阻為R的導(dǎo)體棒此時恰好能靜止在導(dǎo)軌上,分析下述判斷不正確的有( )
圖4
A.圓形線圈中的磁場,可以方向向上均勻增強,也可以方向向下均勻減弱
B.導(dǎo)體棒a、b受到的安培力大小為mgsin θ
C.回路中的感應(yīng)電流為
D.圓形導(dǎo)線中的電熱功率為(r+R)
5.兩塊水平放置的金屬板間的距離為d,用導(dǎo)線與一個n匝線圈相連,線圈電阻為r,線圈中有豎直方向的磁場,電阻R與金屬板連接
5、,其余電阻均不計.如圖5所示,兩板間有一個質(zhì)量為m、電量q的帶正電的油滴恰好處于靜止?fàn)顟B(tài),則線圈中的磁感應(yīng)強度B的變化情況和磁通量的變化率分別是( )
圖5
A.磁感應(yīng)強度B豎直向上且正在增強,=
B.磁感應(yīng)強度B豎直向下且正在增強,=
C.磁感應(yīng)強度B豎直向上且正在減弱,=
D.磁感應(yīng)強度B豎直向下且正在減弱,=
6.如圖6所示,兩條平行虛線之間存在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場,磁場方向垂直紙面向里,虛線間的距離為L,金屬圓環(huán)的直徑也是L,總電阻為R,在水平拉力作用下,圓環(huán)以垂直于磁場邊界的恒定速度v穿過磁場區(qū)域.自圓環(huán)從左邊界進入磁場開始計時,則從圓環(huán)剛進入磁場到完全離開磁場
6、的過程中,下列判斷正確的是( )
圖6
A.圓環(huán)中感應(yīng)電流的方向先逆時針后順時針
B.圓環(huán)中感應(yīng)電流的方向一直沿逆時針
C.穿過圓環(huán)磁通量的變化量為
D.運動過程中需要的最大水平拉力為
7.如圖7所示,水平固定的光滑平行導(dǎo)軌上,垂直放置兩導(dǎo)體棒ab、cd,電阻分別為R1、R2.且R1<R2,其它電阻不計,整個裝置放在磁感應(yīng)強度為B,方向垂直導(dǎo)軌平面的勻強磁場中.當(dāng)ab在水平恒力F1作用下向左勻速運動時,cd恰好在水平恒力F2作用下保持靜止.設(shè)ab間電壓為U1,cd間電壓為U2,下面判斷正確的是( )
圖7
A.F1=F2,U1=U2 B.F1=F2,U1<U
7、2
C.F1<F2,U1=U2 D.F1>F2,U1>U2
8.(2020·全國Ⅱ·24)如圖8,勻強磁場的磁感應(yīng)強度方向垂直于紙面向里,大小隨時間的變化率為=k,k為負的常量.用電阻率為ρ、橫截面積為S的硬導(dǎo)線做成一邊長為l的方框,將方框固定于紙面內(nèi),其右半部位于磁場區(qū)域中.求
圖8
(1)導(dǎo)線中感應(yīng)電流的大小;
(2)磁場對方框作用力的大小隨時間的變化率.
9.(2020·天津卷·11)如圖9所示,質(zhì)量m1=0.1 kg,電阻R1=0.3 Ω,長度l=0.4 m的導(dǎo)體棒ab橫放在U形金屬框架上.框架質(zhì)量m2=0.2 kg,放在絕緣水平面上,與水平面間的動摩擦因數(shù)μ=
8、0.2.相距0.4 m的MM′、NN′相互平行,電阻不計且足夠長.電阻R2=0.1 Ω的MN垂直于MM′.整個裝置處于豎直向上的勻強磁場中,磁感應(yīng)強度B=0.5 T.垂直于ab施加F=2 N的水平恒力,ab從靜止開始無摩擦地運動,始終與MM′、NN′保持良好接觸.當(dāng)ab運動到某處時,框架開始運動.設(shè)框架與水平面間最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,g取10 m/s2.
圖9
(1)求框架開始運動時ab速度v的大??;
(2)從ab開始運動到框架開始運動的過程中,MN上產(chǎn)生的熱量Q=0.1 J,求該過程ab位移x的大小.
10.如圖10甲所示,兩根足夠長的直金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置在傾角為θ
9、的絕緣斜面上,兩導(dǎo)軌間距為L.M、P兩點間接有阻值為R的電阻.一根質(zhì)量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導(dǎo)軌上,并與導(dǎo)軌垂直.整套裝置處于磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中,磁場方向垂直斜面向下.導(dǎo)軌和金屬桿的電阻可忽略.讓ab桿沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑,導(dǎo)軌和金屬桿接觸良好,不計它們之間的摩擦.
甲 乙
圖10
(1)由b向a方向看到的裝置如圖乙所示,請在此圖中畫出ab桿下滑過程中某時刻的受力示意圖;
(2)在加速下滑過程中,當(dāng)ab桿的速度大小為v時,求ab桿中的電流及其加速度的
大??;
(3)求在下滑過程中,ab桿可以達到的速度最大值.
11.如圖11所
10、示,寬度為L=0.20 m的足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌固定在絕緣水平桌面上,導(dǎo)軌的一端連接阻值為R=0.9 Ω的電阻.導(dǎo)軌cd段右側(cè)空間存在垂直桌面向上的勻強磁場,磁感應(yīng)強度B=0.50 T.一根質(zhì)量為m=10 g,電阻r=0.1 Ω的導(dǎo)體棒ab垂直放在導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌接觸良好.現(xiàn)用一平行于導(dǎo)軌的輕質(zhì)細線將導(dǎo)體棒ab與一鉤碼相連,將重物從圖示位置由靜止釋放.當(dāng)導(dǎo)體棒ab到達cd時,鉤碼距地面的高度變化為h=0.3 m.已知導(dǎo)體棒ab進入磁場時恰做v=10 m/s的勻速直線運動,導(dǎo)軌電阻可忽略不計,取g=
10 m/s2.求:
圖11
(1)導(dǎo)體棒ab在磁場中勻速運動時,閉合回路中產(chǎn)生的感
11、應(yīng)電流的大小;
(2)掛在細線上的鉤碼的質(zhì)量大小;
(3)求導(dǎo)體棒ab在磁場中運動的整個過程中電阻R上產(chǎn)生的熱量.
12.如圖12甲所示,一個質(zhì)量m=0.1 kg的正方形金屬框總電阻R=0.5 Ω,金屬框放在表面絕緣的斜面AA′BB′的頂端(金屬框上邊與AA′重合),自靜止開始沿斜面下滑,下滑過程中穿過一段邊界與斜面底邊BB′平行、寬度為d的勻強磁場后滑至斜面底端(金屬框下邊與BB′重合),設(shè)金屬框在下滑過程中的速度為v,與此對應(yīng)的位移為x,那么v2-x圖象如圖乙所示,已知勻強磁場方向垂直斜面向上,金屬框與斜面間的動摩擦因數(shù)μ=0.5,取g=10 m/s2,sin 53°=0.8,cos
12、 53°=0.6.
圖12
(1)根據(jù)v2-x圖象所提供的信息,計算出金屬框從斜面頂端滑至底端所需的時間;
(2)求出斜面AA′BB′的傾斜角θ;
(3)求勻強磁場的磁感應(yīng)強度B的大?。?
(4)現(xiàn)用平行于斜面沿斜面向上的恒力F作用在金屬框上,使金屬框從斜面底端BB′(金屬框下邊與BB′重合)由靜止開始沿斜面向上運動,勻速通過磁場區(qū)域后到達斜面頂端(金屬框上邊與AA′重合).試計算恒力F做功的最小值.
答案
1.B 2.A 3.A 4.D 5.C 6.AD 7.A
8.(1)I= (2)=
9.(1)6 m/s (2)1.1 m
10.(1)見解析 (2) gsin θ- (3)
解析 (1)如右圖所示,重力mg,豎直向下;支持力N,垂直斜面向上;安培力F,沿斜面向上.
(2)當(dāng)ab桿速度為v時,感應(yīng)電動勢E=BLv,此時電路中電流I==.
ab桿受到安培力F=BIL=,
根據(jù)牛頓運動定律,有ma=mgsin θ-F=mgsin θ-,a=gsin θ-.
(3)當(dāng)=mgsin θ時,ab桿達到最大速度vm=.
11.(1)1 A (2)0.01 kg (3)0.477 J
12.(1) s (2)53° (3) T (4)5.2 J