《高考物理一輪復(fù)習(xí) 考點規(guī)范練34 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的動力學(xué)、動量和能量問題（含解析）新人教版-新人教版高三物理試題》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高考物理一輪復(fù)習(xí) 考點規(guī)范練34 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的動力學(xué)、動量和能量問題（含解析）新人教版-新人教版高三物理試題（11頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、考點規(guī)范練34　電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的動力學(xué)、動量和能量問題 一、單項選擇題 1.(2019·山東德州質(zhì)檢)如圖甲所示,光滑的導(dǎo)軌水平放置在豎直向下的勻強磁場中,軌道左側(cè)連接一定值電阻R,導(dǎo)體棒ab垂直導(dǎo)軌,導(dǎo)體和軌道的電阻不計。導(dǎo)體棒ab在水平外力作用下運動,外力F隨t變化如圖乙所示,在0~t0時間內(nèi)從靜止開始做勻加速直線運動,則在t0以后,導(dǎo)體棒ab運動情況為(　　) A.一直做勻加速直線運動 B.做勻減速直線運動,直到速度為零 C.先做加速,最后做勻速直線運動 D.一直做勻速直線運動 答案:C 解析:設(shè)t0時刻導(dǎo)體棒的速度為v,則此時電動勢E=Blv,電流I=BlvR,導(dǎo)體

2、棒受到的安培力F安=BIl=B2l2vR,根據(jù)牛頓第二定律有F-B2l2vR=ma。t0時刻后,拉力F不變,速度v增大,則加速度減小,導(dǎo)體做加速度減小的加速運動,當(dāng)加速度減為零時,做勻速運動,選項C正確,A、B、D錯誤。 2.(2019·安徽滁州期中)如圖甲所示,一對間距為l=20 cm的平行光滑導(dǎo)軌放在水平面上,導(dǎo)軌的左端接R=1 Ω的電阻,導(dǎo)軌上垂直放置一導(dǎo)體桿,整個裝置處在磁感應(yīng)強度大小為B=0.5 T的勻強磁場中,磁場方向垂直導(dǎo)軌平面向下。桿在沿導(dǎo)軌方向的拉力F作用下做初速度為零的勻加速運動。測得力F與時間t的關(guān)系如圖乙所示。桿及兩導(dǎo)軌的電阻均可忽略不計,桿在運動過程中始終與導(dǎo)軌垂直

3、且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸,則桿的加速度大小和質(zhì)量分別為(　　) A.20 m/s2　0.5 kg B.20 m/s2　0.1 kg C.10 m/s2　0.5 kg D.10 m/s2　0.1 kg 答案:D 解析:導(dǎo)體桿在軌道上做勻加速直線運動,用v表示其速度,t表示時間,則有v=at① 桿切割磁感線,產(chǎn)生感應(yīng)電動勢為E=Blv② 閉合回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流為I=ER③ 桿受到的安培力大小為FA=BIl④ 根據(jù)牛頓第二定律,有F-FA=ma⑤ 聯(lián)立以上各式,得F=ma+B2l2aRt⑥ 由圖線上取兩點代入⑥式,可解得a=10m/s2,m=0.1kg,故D正確,A、B、C

4、錯誤。 3.兩根足夠長的光滑導(dǎo)軌豎直放置,間距為l,底端接阻值為R的電阻。將質(zhì)量為m的金屬棒懸掛在一個固定的輕彈簧下端,金屬棒和導(dǎo)軌接觸良好,導(dǎo)軌所在平面與磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場垂直,如圖所示。除電阻R外其余電阻不計。現(xiàn)將金屬棒從彈簧原長位置由靜止釋放,則(　　) A.釋放瞬間金屬棒的加速度小于重力加速度g B.金屬棒向下運動時,流過電阻R的電流方向為a→b C.金屬棒的速度為v時,所受的安培力大小為F=B2l2vR D.電阻R上產(chǎn)生的總熱量等于金屬棒重力勢能的減少量 答案:C 解析:金屬棒剛釋放時,彈簧處于原長,彈力為零,又因此時金屬棒速度為零,沒有感應(yīng)電流,金屬棒不受安

5、培力作用,只受到重力作用,其加速度應(yīng)等于重力加速度,選項A錯誤;金屬棒向下運動時,由右手定則可知,流過電阻R的電流方向為b→a,選項B錯誤;金屬棒速度為v時,安培力大小為F=BIl,又I=BlvR,聯(lián)立解得F=B2l2vR,選項C正確;金屬棒下落過程中,由能量守恒定律知,金屬棒減少的重力勢能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能、金屬棒的動能(速度不為零時)以及電阻R上產(chǎn)生的熱量,選項D錯誤。 4.如圖所示,水平光滑的平行金屬導(dǎo)軌,左端接有電阻R,勻強磁場豎直向下分布在導(dǎo)軌所在的空間內(nèi),質(zhì)量一定的金屬棒PQ垂直導(dǎo)軌放置。若使棒以一定的初速度v0向右運動,當(dāng)其通過位置a、b時,速率分別為va、vb,到位置c時棒

6、剛好靜止。設(shè)金屬導(dǎo)軌與棒的電阻均不計,a到b和b到c的間距相等,則金屬棒在從a到b和從b到c的兩個過程中(　　) A.回路中產(chǎn)生的內(nèi)能相等 B.棒運動的加速度相等 C.安培力做功相等 D.通過棒橫截面的電荷量相等 答案:D 解析:金屬棒由a到b再到c的過程中,速度逐漸減小,根據(jù)E=Blv知,E減小,故I減小,再根據(jù)F=BIl知,安培力減小,由F=ma知,加速度減小,B錯誤;由于a與b、b與c間距相等,安培力由a→c是逐漸漸小的,故從a到b安培力做的功大于從b到c安培力做的功,又由于安培力做的功等于回路中產(chǎn)生的內(nèi)能,所以A、C錯誤;根據(jù)平均感應(yīng)電動勢E=ΔΦΔt=BΔSΔt,I=

7、ER和q=IΔt,得q=BΔSR,所以D正確。 二、多項選擇題 5.如圖所示,光滑金屬導(dǎo)軌AC、AD固定在水平面內(nèi),并處在方向豎直向下、磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中。有一質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒以初速度v0從某位置開始在導(dǎo)軌上水平向右運動,最終恰好靜止在A點。在運動過程中,導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌始終構(gòu)成等邊三角形回路,且通過A點的總電荷量為Q。已知導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的接觸電阻值恒為R,其余電阻不計,則(　　) A.該過程中導(dǎo)體棒做勻減速運動 B.當(dāng)導(dǎo)體棒的速度為v02時,回路中感應(yīng)電流小于初始時的一半 C.開始運動時,導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌所構(gòu)成回路的面積為S=QRB D.該過程中接觸電阻產(chǎn)生的焦耳熱為mv

8、028 答案:BC 解析:導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E=Blv,電流為I=BlvR,安培力為F=BIl=B2l2vR,l、v都在減小,根據(jù)牛頓第二定律知,加速度也在減小,A錯誤;當(dāng)導(dǎo)體棒的速度為12v0時,導(dǎo)體棒的有效切割長度也減小了,所以回路中感應(yīng)電流大小小于初始時的一半,B正確;該過程中,通過的總電荷量為Q=BSR,也就是開始運動時,導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌所構(gòu)成回路的面積S=QRB,C正確;該過程中,動能全部轉(zhuǎn)化為接觸電阻產(chǎn)生的焦耳熱,為12mv02,D錯誤。 6.下圖為一圓環(huán)發(fā)電裝置,用電阻R=4 Ω的導(dǎo)體棒彎成半徑l=0.2 m的閉合圓環(huán),圓心為O,COD是一條直徑,在O、D間接有

9、負載電阻R1=1 Ω。整個圓環(huán)中均有B=0.5 T的勻強磁場垂直環(huán)面穿過。電阻r=1 Ω的導(dǎo)體棒OA貼著圓環(huán)做勻速轉(zhuǎn)動,角速度ω=300 rad/s。則(　　) A.當(dāng)OA到達OC處時,圓環(huán)的電功率為1 W B.當(dāng)OA到達OC處時,圓環(huán)的電功率為2 W C.電路最大功率為3 W D.電路最大功率為4.5 W 答案:AD 解析:當(dāng)OA到達OC處時,圓環(huán)的電阻為1Ω,與R1串聯(lián)接入電路,棒轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E=12Bl2ω=3V,圓環(huán)上分壓為1V,所以圓環(huán)的電功率為1W,A正確,B錯誤;當(dāng)OA到達OD處時,圓環(huán)接入電路中的電阻為零,此時電路中總電阻最小,而電動勢不變,所以電

10、功率最大為Pmax=E2R1+r=4.5W,C錯誤,D正確。 7.有一半徑為R、電阻率為ρ電、密度為ρ密的均勻圓環(huán)落入磁感應(yīng)強度為B的徑向磁場中,圓環(huán)的截面半徑為r(r?R),如圖所示。當(dāng)圓環(huán)在加速下落時某一時刻的速度為v,則(　　) A.此時整個圓環(huán)的電動勢E=2πBvr B.忽略電感的影響,此時圓環(huán)中的電流I=πBr2vρ電 C.此時圓環(huán)的加速度a=B2vρ電ρ密 D.如果徑向磁場范圍足夠長,則圓環(huán)的最大速度vmax=ρ電ρ密gB2 答案:BD 解析:此時整個圓環(huán)垂直切割徑向磁感線,電動勢E=2πBvR,選項A錯誤;此時圓環(huán)中的電流I=E2πRρ電πr2=2πBvR2Rρ

11、電r2=πBr2vρ電,選項B正確;對圓環(huán),根據(jù)牛頓第二定律得mg-F安=ma,F安=BI·2πR=2π2B2r2Rvρ電,m=ρ密πr2·2πR,則a=g-B2vρ電ρ密,選項C錯誤;如果徑向磁場范圍足夠長,當(dāng)a=0時圓環(huán)的速度最大,即g-B2vmaxρ電ρ密=0,則vmax=ρ電ρ密gB2,選項D正確。 8.如圖所示,兩根電阻不計的足夠長的光滑金屬導(dǎo)軌MN、PQ,間距為l,兩導(dǎo)軌構(gòu)成的平面與水平面成θ角。金屬棒ab、cd用絕緣輕繩連接,其電阻均為R,質(zhì)量分別為m和2m。沿斜面向上的外力F作用在cd上使兩棒靜止,整個裝置處在垂直于導(dǎo)軌平面、磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中。將輕繩燒斷后,保持

12、F不變,金屬棒始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好。則(　　) A.輕繩燒斷瞬間,cd的加速度大小a=12gsin θ B.輕繩燒斷后,cd做勻加速運動 C.輕繩燒斷后,任意時刻兩棒運動的速度大小之比vab∶vcd=1∶2 D.棒ab的最大速度vabm=4mgRsinθ3B2l2 答案:AD 解析:燒斷輕繩前,將兩根棒看作一個整體,對整體有F=3mgsinθ;燒斷輕繩瞬間cd棒速度為零,在沿斜面方向上受到拉力F和重力沿斜面向下的分力作用,故a=F-2mgsinθ2m=12gsinθ,A正確;由于cd棒做切割磁感線運動,根據(jù)楞次定律和左手定則可知,cd棒受到沿斜面向下的安培力作用,且隨著速度

13、增大而增大,故cd棒做變加速運動,只有當(dāng)F=2mgsinθ+Fcd安后,才沿斜面向上做勻速直線運動,B錯誤;因為兩根金屬棒與導(dǎo)軌組成一個閉合回路,所以通過兩根金屬棒的電流大小相同,故受到的安培力等大反向,根據(jù)動量守恒可得mvab-2mvcd=0,即vab∶vcd=2∶1,C錯誤;當(dāng)ab棒和cd棒加速度為零時,速度均達到最大,設(shè)此時ab棒和cd棒的速度大小分別為vabm、vcdm,由ab棒受力平衡得mgsinθ=BIl,此時回路中總的電動勢E=Bl(vabm+vcdm),電路中電流I=E2R,由動量守恒定律得mvabm-2mvcdm=0,聯(lián)立解得vabm=4mgRsinθ3B2l2,D正確。

14、三、非選擇題 9.(2019·福建龍巖一中月考)如圖所示,質(zhì)量為100 g的鋁框,用細線懸掛起來,框中央離地面h為0.8 m,有一質(zhì)量為200 g的磁鐵以10 m/s的水平速度射入并穿過鋁框,落在距鋁框原位置水平距離3.6 m處,不考慮鋁框傾斜時,細線的拉力對鋁框水平方向的影響,g取10 m/s2,則在磁鐵與鋁框發(fā)生相互作用時,求: (1)鋁框向哪邊偏斜,它能上升多高; (2)在磁鐵穿過鋁框的整個過程中,框中產(chǎn)生了多少熱量。 答案:(1)向右偏斜　0.2 m　(2)1.7 J 解析:(1)磁鐵在穿過鋁框的過程中,使鋁框中磁通量發(fā)生變化,產(chǎn)生感應(yīng)電流,磁鐵與鋁框一直發(fā)生相互作用,水

15、平方向動量守恒。磁鐵穿過鋁框后做平拋運動,根據(jù)平拋運動規(guī)律,得 t=2?g=2×0.810s=0.4s s=v1't,則v1'=st=3.60.4m/s=9m/s 根據(jù)動量守恒定律,有m1v1=m1v1'+m2v2' v2'=m1(v1-v1')m2=200×(10-9)100m/s=2m/s 鋁框獲得的速度向右,則將向右偏斜,根據(jù)機械能守恒,有m2gh'=12m2v2'2 故h'=v2'22g=222×10m=0.2m。 (2)根據(jù)能量守恒定律,磁鐵的動能一部分轉(zhuǎn)化為電能,另一部分轉(zhuǎn)化為鋁框的動能,其中電能又轉(zhuǎn)化為焦耳熱Q,即 12m1v12=12m1v1'2+12m2v2'

16、2+W電 解得W電=12m1v12?12m1v1'2-12m2v2'2=12×0.2×102J-12×0.2×92J-12×0.1×22J=1.7J 即Q=1.7J。 10.足夠長的平行金屬導(dǎo)軌ab、cd放置在水平面上,處在磁感應(yīng)強度B=1.0 T的豎直方向的勻強磁場中,導(dǎo)軌間連接阻值為R=0.3 Ω的電阻,質(zhì)量m=0.5 kg、電阻r=0.1 Ω的金屬棒ef緊貼在導(dǎo)軌上,兩導(dǎo)軌間的距離l=0.40 m,如圖所示。在水平恒力F作用下金屬棒ef由靜止開始向右運動,其運動距離與時間的關(guān)系如下表所示。導(dǎo)軌與金屬棒ef間的動摩擦因數(shù)為0.3,導(dǎo)軌電阻不計,g取10 m/s2。 時間t/s

17、 0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 運動距離x/m 0 0.6 2.0 4.3 6.8 9.3 11.8 14.3 (1)求在4.0 s時間內(nèi),通過金屬棒截面的電荷量q; (2)求水平恒力F; (3)慶豐同學(xué)在計算7.0 s時間內(nèi),整個回路產(chǎn)生的焦耳熱Q時,是這樣計算的:先算7.0 s內(nèi)的電荷量,再算電流I=Qt,再用公式Q=I2Rt計算出焦耳熱,請你簡要分析這樣做的正確性。認為正確的,請算出結(jié)果;認為錯誤的,請用自己的方法算出7.0 s內(nèi)整個回路產(chǎn)生的焦耳熱Q。 答案:(1)6.8 C　(2)2.5 N　(3)見解析 解析:

18、(1)金屬棒產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動勢 E=ΔΦΔt=Blxt 平均電流I=ER+r 則電荷量q=It=BlxR+r=6.8C。 (2)由題表中數(shù)據(jù)可知,3.0s以后棒ef做勻速直線運動,處于平衡狀態(tài) 其速度v=ΔxΔt=2.5m/s 有F-Ff=BIl 由E=Blv,I=ER+r,Ff=μmg 代入數(shù)據(jù)解得F=BIl+Ff=2.5N。 (3)慶豐同學(xué)用電流的平均值計算焦耳熱是錯誤的。正確解法是根據(jù)能量轉(zhuǎn)化和守恒定律,有Fx-μmgx-Q=12mv2 解得Q=12.7J。 11.如圖所示,寬度為l的平行光滑的金屬軌道,左端為半徑為r1的四分之一圓弧軌道,右端為半徑為r2的半圓軌

19、道,中部為與它們相切的水平軌道。水平軌道所在的區(qū)域有磁感應(yīng)強度為B的豎直向上的勻強磁場。一根質(zhì)量為m的金屬桿a置于水平軌道上,另一根質(zhì)量為m0的金屬桿b由靜止開始自左端軌道最高點滑下,當(dāng)b滑入水平軌道某位置時,a就滑上了右端半圓軌道最高點(b始終運動且a、b未相撞),并且a在最高點對軌道的壓力大小為mg,此過程中通過a的電荷量為q,a、b棒的電阻分別為R1、R2,其余部分電阻不計。在b由靜止釋放到a運動到右端半圓軌道最高點過程中。 (1)在水平軌道上運動時b的最大加速度是多大? (2)自b釋放到a到達右端半圓軌道最高點過程中系統(tǒng)產(chǎn)生的焦耳熱是多少? (3)在a剛到達右端半圓軌道最低點

20、時b的速度是多大? 答案:(1)B2l22gr1m0(R1+R2) (2)2gr1Blq-3mgr2-B2l2q22m0 (3)2gr1?mm06gr2 解析:(1)設(shè)桿b剛剛滑到左端軌道最低端時的速度為vb1,由機械能守恒定律,12m0vb12=m0gr1,所以vb1=2gr1 b剛滑到水平軌道時加速度最大,則E=Blvb1,I=ER1+R2, 根據(jù)牛頓第二定律有,F安=BIl=m0a 得桿b的最大加速度a=B2l22gr1m0(R1+R2)。 (2)設(shè)桿a到達右端半圓軌道最高點時,桿a的速度為va1,桿b的速度為vb2, 根據(jù)動量定理有-BIlt=m0vb2-m0vb1,

21、即-Blq=m0vb2-m0vb1 所以vb2=2gr1?Blqm0 根據(jù)牛頓第二定律和第三定律,得2mg=mva12r2 所以va1=2gr2 因為m0gr1=12m0vb22+12mva12+2mgr2+Q 所以系統(tǒng)產(chǎn)生的焦耳熱 Q=2gr1Blq-3mgr2-B2l2q22m0。 (3)根據(jù)能量守恒,有2mgr2=12mva22?12mva12 所以桿a剛到達水平軌道右端時的速度va2=6gr2 在桿b和桿a在水平軌道上運動時,符合動量守恒條件,根據(jù)動量守恒定律,有m0vb1=m0vb3+mva2 桿a剛到達水平軌道最右端時,桿b的速度vb3=2gr1?mm06gr2。