2020版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第十章 能力課2 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)和能量問(wèn)題訓(xùn)練(含解析)教科版.doc
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能力課2 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)和能量問(wèn)題 一、選擇題(1~3題為單項(xiàng)選擇題,4~7題為多項(xiàng)選擇題) 1.如圖1所示,在一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一U形導(dǎo)線(xiàn)框abcd,線(xiàn)框處于水平面內(nèi),磁場(chǎng)與線(xiàn)框平面垂直,R為一電阻,ef為垂直于ab的一根導(dǎo)體桿,它可在ab、cd上無(wú)摩擦地滑動(dòng)。桿ef及線(xiàn)框中導(dǎo)線(xiàn)的電阻都可不計(jì)。開(kāi)始時(shí),給ef一個(gè)向右的初速度,則( ) 圖1 A.ef將減速向右運(yùn)動(dòng),但不是勻減速 B.ef將交減速向右運(yùn)動(dòng),最后停止 C.ef將勻速向右運(yùn)動(dòng) D.ef將往返運(yùn)動(dòng) 解析 ef向右運(yùn)動(dòng),切割磁感線(xiàn),產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流,會(huì)受到向左的安培力而做減速運(yùn)動(dòng),直到停止,但不是勻減速,由F=BIL==ma知,ef做的是加速度減小的減速運(yùn)動(dòng),故A正確。 答案 A 2.一半徑為r、質(zhì)量為m、電阻為R的金屬圓環(huán)用一根長(zhǎng)為L(zhǎng)的絕緣輕細(xì)桿懸掛于O1點(diǎn),桿所在直線(xiàn)過(guò)圓環(huán)圓心,在O1點(diǎn)的正下方有一半徑為L(zhǎng)+2r的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,其圓心O2與O1點(diǎn)在同一豎直線(xiàn)上,O1點(diǎn)在圓形磁場(chǎng)區(qū)域邊界上,如圖2所示?,F(xiàn)使絕緣輕細(xì)桿從水平位置由靜止釋放,下擺過(guò)程中金屬圓環(huán)所在平面始終與磁場(chǎng)垂直,已知重力加速度為g,不計(jì)空氣阻力及其他摩擦阻力,則下列說(shuō)法正確的是( ) 圖2 A.金屬圓環(huán)最終會(huì)靜止在O1點(diǎn)的正下方 B.金屬圓環(huán)在整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱為mgL C.金屬圓環(huán)在整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱為mg(L+2r) D.金屬圓環(huán)在整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱為mg(L+r) 解析 圓環(huán)最終要在如圖中A、C位置間擺動(dòng),因?yàn)榇藭r(shí)圓環(huán)中的磁通量不再發(fā)生改變,圓環(huán)中不再有感應(yīng)電流產(chǎn)生。由幾何關(guān)系可知,圓環(huán)在A、C位置時(shí),其圓心與O1、O2的距離均為L(zhǎng)+r,則圓環(huán)在A、C位置時(shí),圓環(huán)圓心到O1的高度為。由能量守恒可得金屬圓環(huán)在整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱為mg(L+2r),C正確。 答案 C 3.CD、EF是兩條水平放置的電阻可忽略的平行金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌間距為L(zhǎng),在水平導(dǎo)軌的左側(cè)存在磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,磁場(chǎng)區(qū)域的長(zhǎng)度為d,如圖3所示。導(dǎo)軌的右端接有一電阻R,左端與一彎曲的光滑軌道平滑連接。將一阻值也為R的導(dǎo)體棒從彎曲軌道上h高處由靜止釋放,導(dǎo)體棒最終恰好停在磁場(chǎng)的右邊界處。已知導(dǎo)體棒與水平導(dǎo)軌接觸良好,且動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,則下列說(shuō)法中正確的是( ) 圖3 A.電阻R的最大電流為 B.流過(guò)電阻R的電荷量為 C.整個(gè)電路中產(chǎn)生的焦耳熱為mgh D.電阻R中產(chǎn)生的焦耳熱為mg(h-μd) 解析 由題圖可知,導(dǎo)體棒剛進(jìn)入磁場(chǎng)的瞬間速度最大,產(chǎn)生的感應(yīng)電流最大,由機(jī)械能守恒有mgh=mv2,所以I===,A錯(cuò);流過(guò)R的電荷量為q=t==,B錯(cuò);由能量守恒定律可知整個(gè)電路中產(chǎn)生的焦耳熱為Q=mgh-μmgd,C錯(cuò);由于導(dǎo)體棒的電阻也為R,則電阻R中產(chǎn)生的焦耳熱為Q=mg(h-μd),D對(duì)。 答案 D 4.如圖4所示為一圓環(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間接有負(fù)載電阻R1=1 Ω。整個(gè)圓環(huán)中均有B=0.5 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直環(huán)面穿過(guò)。電阻r=1 Ω的導(dǎo)體棒OA貼著圓環(huán)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),角速度ω=300 rad/s,則( ) 圖4 A.當(dāng)OA到達(dá)OC處時(shí),圓環(huán)的電功率為1 W B.當(dāng)OA到達(dá)OC處時(shí),圓環(huán)的電功率為2 W C.全電路最大功率為3 W D.全電路最大功率為4.5 W 解析 當(dāng)OA到達(dá)OC處時(shí),圓環(huán)的電阻為1 Ω,與R1串聯(lián)接入電源,外電阻為2 Ω,棒轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BL2ω=3 V,圓環(huán)上分壓為1 V,所以圓環(huán)上的電功率為1 W,A正確,B錯(cuò)誤;當(dāng)OA到達(dá)OD處時(shí),圓環(huán)中的電阻為零,此時(shí)電路中總電阻最小,而電動(dòng)勢(shì)不變,所以電功率最大為P==4.5 W,C錯(cuò)誤,D正確。 答案 AD 5.如圖5所示,平行且足夠長(zhǎng)的兩條光滑金屬導(dǎo)軌,相距L=0.4 m,導(dǎo)軌所在平面與水平面的夾角為30,其電阻不計(jì)。把完全相同的兩金屬棒(長(zhǎng)度均為0.4 m)ab、cd分別垂直于導(dǎo)軌放置,并使每棒兩端都與導(dǎo)軌良好接觸。已知兩金屬棒的質(zhì)量均為m=0.1 kg、電阻均為R=0.2 Ω,整個(gè)裝置處在垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=0.5 T,當(dāng)金屬棒ab在平行于導(dǎo)軌向上的力F作用下沿導(dǎo)軌向上勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),金屬棒cd恰好能保持靜止。(g=10 m/s2),則( ) 圖5 A.F的大小為0.5 N B.金屬棒ab產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為1.0 V C.a(chǎn)b棒兩端的電壓為1.0 V D.a(chǎn)b棒的速度為5.0 m/s 解析 對(duì)于cd棒有mgsin θ=BIL,解得回路中的電流I=2.5 A,所以回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=2IR=1.0 V,B正確;Uab=IR=0.5 V,C錯(cuò)誤;對(duì)于ab棒有F=BIL+mgsin θ,解得F=1.0 N,A錯(cuò)誤;根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有E=BLv,解得v=5.0 m/s,D正確。 答案 BD 6.(2017四川成都樹(shù)德中學(xué)月考)兩根足夠長(zhǎng)的光滑導(dǎo)軌豎直放置,間距為L(zhǎng),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(gè)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(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直,如圖6所示。除電阻R外其余電阻不計(jì)?,F(xiàn)將金屬棒從彈簧原長(zhǎng)位置由靜止釋放。則( ) 圖6 A.釋放瞬間金屬棒的加速度等于重力加速度g B.金屬棒向下運(yùn)動(dòng)時(shí),流過(guò)電阻R的電流方向?yàn)閍→b C.金屬棒的速度為v時(shí),所受的安培力大小為F= D.電阻R上產(chǎn)生的總熱量等于金屬棒重力勢(shì)能的減少量 解析 金屬棒剛釋放時(shí),彈簧處于原長(zhǎng),彈力為零,又因此時(shí)速度為零,沒(méi)有感應(yīng)電流,金屬棒不受安培力作用,只受到重力作用,其加速度應(yīng)等于重力加速度,選項(xiàng)A正確;金屬棒向下運(yùn)動(dòng)時(shí),由右手定則可知,流過(guò)電阻R的電流方向?yàn)閎→a,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;金屬棒速度為v時(shí),安培力大小為F=BIL,又I=,解得F=,選項(xiàng)C正確;金屬棒下落過(guò)程中,由能量守恒定律知,金屬棒減少的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢(shì)能、金屬棒的動(dòng)能(速度不為零時(shí))以及電阻R上產(chǎn)生的熱量,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案 AC 7.如圖7兩根足夠長(zhǎng)光滑平行金屬導(dǎo)軌PP′、QQ′傾斜放置,勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面向上,導(dǎo)軌的上端與水平放置的兩金屬板M、N相連,板間距離足夠大,板間有一帶電微粒,金屬棒ab水平跨放在導(dǎo)軌上,下滑過(guò)程中與導(dǎo)軌接觸良好。現(xiàn)在同時(shí)由靜止釋放帶電微粒和金屬棒ab,則( ) 圖7 A.金屬棒ab一直加速下滑 B.金屬棒ab最終可能勻速下滑 C.金屬棒ab下滑過(guò)程中M板電勢(shì)高于N板電勢(shì) D.帶電微粒可能先向N板運(yùn)動(dòng)后向M板運(yùn)動(dòng) 解析 根據(jù)牛頓第二定律有mgsin θ-BIl=ma,而I=,Δq=CΔU,ΔU=BlΔv,Δv=aΔt,聯(lián)立解得a=,因而金屬棒將做勻加速運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;ab棒切割磁感線(xiàn),相當(dāng)于電源,a端相當(dāng)于電源正極,因而M板帶正電,N板帶負(fù)電,選項(xiàng)C正確;若帶電粒子帶負(fù)電,在重力和電場(chǎng)力的作用下,先向下運(yùn)動(dòng)然后再反向向上運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)D正確。 答案 ACD 二、非選擇題 8.如圖8所示,間距為L(zhǎng)、電阻可以忽略不計(jì)的U形金屬豎直軌道,固定放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直紙面向里。豎直軌道上部套有一金屬條bc,bc的電阻為R,質(zhì)量為2m,可以在軌道上無(wú)摩擦滑動(dòng),開(kāi)始時(shí)金屬條被卡環(huán)卡在豎直軌道上處于靜止?fàn)顟B(tài)。在金屬條正上方高H處自由落下一質(zhì)量為m的絕緣物體,在物體撞到金屬條前的瞬間卡環(huán)立即釋放,物體與金屬條相撞后兩者一起以相撞前物體速度大小的的速度繼續(xù)下落,豎直軌道足夠長(zhǎng),當(dāng)金屬條下落高度h后開(kāi)始做勻速運(yùn)動(dòng)。求金屬條下落高度h過(guò)程中感應(yīng)電流產(chǎn)生的熱量。 圖8 解析 求解物理綜合試題的基本策略是“化大為小、各個(gè)擊破”。通過(guò)分析可以看出,題中的物理情境可分為四個(gè)部分: ①物體先做自由落體運(yùn)動(dòng),與金屬條相撞前的速度為v1= ②物體與金屬條相撞后瞬間的共同速度為v2=v1 ③金屬條下落h后做勻速運(yùn)動(dòng),設(shè)金屬條與物體一起勻速下落時(shí)的速度為v3,由力的平衡知識(shí)得:3mg=BLI′=,解得v3= ④金屬條下落高度h過(guò)程中,由能量守恒可得 Q=3mv+3mgh-3mv 解得熱量Q=-。 答案 - 9.如圖9所示,足夠長(zhǎng)的金屬導(dǎo)軌固定在水平面上,金屬導(dǎo)軌寬度L=1.0 m,導(dǎo)軌上放有垂直導(dǎo)軌的金屬桿P,金屬桿質(zhì)量為m=0.1 kg,空間存在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5 T、豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。連接在導(dǎo)軌左端的電阻R=3.0 Ω,金屬桿的電阻r=1.0 Ω,其余部分電阻不計(jì)。某時(shí)刻給金屬桿一個(gè)水平向右的恒力F,金屬桿P由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng),圖乙是金屬桿P運(yùn)動(dòng)過(guò)程的v-t圖像,導(dǎo)軌與金屬桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5。在金屬桿P運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,第一個(gè)2 s內(nèi)通過(guò)金屬桿P的電荷量與第二個(gè)2 s內(nèi)通過(guò)P的電荷量之比為3∶5。g取10 m/s2。求: 圖9 (1)水平恒力F的大??; (2)前4 s內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量。 解析 (1)由圖乙可知金屬桿P先做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng),2 s后做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 當(dāng)t=2 s時(shí),v=4 m/s,此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLv 感應(yīng)電流I= 安培力F′=BIL= 根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律有F-F′-μmg=0 解得F=0.75 N。 (2)通過(guò)金屬桿P的電荷量q=t =t 其中== 所以q=∝x(x為P的位移) 設(shè)第一個(gè)2 s內(nèi)金屬桿P的位移為x1,第二個(gè)2 s內(nèi)P的位移為x2 則ΔΦ1=BLx1,ΔΦ2=BLx2=BLvt 又由于q1∶q2=3∶5 聯(lián)立解得x2=8 m,x1=4.8 m 前4 s內(nèi)由能量守恒定律得 F(x1+x2)=mv2+μmg(x1+x2)+Qr+QR 其中Qr∶QR=r∶R=1∶3 解得QR=1.8 J。 答案 (1)0.75 N (2)1.8 J 10.如圖10甲所示,光滑傾斜導(dǎo)體軌道(足夠長(zhǎng))與光滑水平導(dǎo)體軌道平滑連接。軌道寬度均為L(zhǎng)=1 m,電阻忽略不計(jì)。水平向右的勻強(qiáng)磁場(chǎng)僅分布在水平軌道平面所在區(qū)域;垂直于傾斜軌道平面向下,同樣大小的勻強(qiáng)磁場(chǎng)僅分布在傾斜軌道平面所在區(qū)域?,F(xiàn)將兩質(zhì)量均為m=0.2 kg;電阻均為R=0.5 Ω的相同導(dǎo)體棒eb和cd,垂直于軌道分別置于水平軌道上和傾斜軌道的頂端,并同時(shí)由靜止釋放,導(dǎo)體棒cd下滑過(guò)程中加速度a與速度v的關(guān)系如圖乙所示。(g=10 m/s2)。 圖10 (1)求導(dǎo)軌平面與水平面間夾角θ; (2)求磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B; (3)求導(dǎo)體棒eb對(duì)水平軌道的最大壓力FN的大?。? (4)若已知從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到cd棒達(dá)到最大速度的過(guò)程中,eb棒上產(chǎn)生的焦耳熱Q=0.45 J,求該過(guò)程中通過(guò)cd棒橫截面的電荷量q。 解析 (1)由a-v圖像可知,導(dǎo)體棒cd剛釋放時(shí),加速度a=5 m/s2 對(duì)cd棒受力分析,由牛頓第二定律得 mgsin θ=ma 聯(lián)立解得θ=30。 (2)當(dāng)cd棒勻速下滑時(shí),由圖像知a=0,v=1 m/s 此時(shí)mgsin θ=F安 F安=BIL I= 聯(lián)立得:mgsin θ= 解得:B=1 T。 (3)當(dāng)電路中的電流I最大時(shí),eb棒所受的安培力豎直向下最大,則壓力最大 N=mg+F安 由牛頓第三定律:N′=N 解得:N′=3 N。 (4)eb棒產(chǎn)生的焦耳熱Qab=Q=I2Rt=0.45 J cd棒產(chǎn)生的熱量與eb棒相同 對(duì)cd,由能量守恒定律 mgxsin θ=mv2+2Q 解得:x=1 m q=t = = 則q===1 C。 答案 (1)30 (2)1 T (3)3 N (4)1 C- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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