2018年高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題46 電磁感應(yīng)中的動力學(xué)和能量問題(測)(含解析)
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1、 專題46 電磁感應(yīng)中的動力學(xué)和能量問題 【滿分:110分 時間:90分鐘】 一、選擇題(本大題共12小題,每小題5分,共60分。在每小題給出的四個選項中. 1~8題只有一項符合題目要求; 9~12題有多項符合題目要求。全部選對的得5分,選對但不全的得3分,有選錯的得0分。) 1.如圖,固定在水平桌面上的光滑金屬導(dǎo)軌cd、eg處于方向豎直向下的勻強磁場中,金屬桿ab與導(dǎo)軌接觸良好,在兩根導(dǎo)軌的端點d、e之間連接一電阻,其他部分電阻忽略不計,現(xiàn)用一水平向右的恒力F作用在金屬桿ab上,使金屬桿由靜止開始向右沿導(dǎo)軌滑動,滑動中桿ab始終垂直于導(dǎo)軌,金屬桿受到的安培力用F安表示,則下列說法正
2、確的是: ( ) A.金屬桿ab做勻加速直線運動 B.金屬桿ab運動過程回路中有順時針方向的電流 C.金屬桿ab所受到的F安先不斷增大,后保持不變 D.金屬桿ab克服安培力做功的功率與時間的平方成正比 【答案】C 2.如圖所示,兩條電阻不計的平行導(dǎo)軌與水平面成θ角,導(dǎo)軌的一端連接定值電阻R1,勻強磁場垂直穿過導(dǎo)軌平面.一根質(zhì)量為m、電阻為R2的導(dǎo)體棒ab,垂直導(dǎo)軌放置,導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)為μ,且R2=nR1.如果導(dǎo)體棒以速度v勻速下滑,導(dǎo)體棒此時受到的安培力大小為F,則以下判斷正確的是 : ( ) A. 電阻R
3、消耗的電功率為Fv/n B. 重力做功的功率為mgvcosθ C. 運動過程中減少的機械能全部轉(zhuǎn)化為電能 D. R2上消耗的功率為nFv/(n+l) 【答案】D 【名師點睛】 導(dǎo)體棒以速度 v 勻速下滑,受到的安培力大小為 F,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律和焦耳定律,聯(lián)立解得P;根據(jù)能量轉(zhuǎn)化情況,分析整個裝置減小的機械功率轉(zhuǎn)化為電能和內(nèi)能。R2和R1串聯(lián),電流相等,根據(jù)可知R2消耗的功率和R1消耗的功率的關(guān)系。 3.如圖所示,PQ、MN是放置在水平面內(nèi)的光滑導(dǎo)軌,GH是長度為L、電阻為r的導(dǎo)體棒,其中點與一端固定的輕彈簧連接,輕彈簧的勁度系數(shù)為k.導(dǎo)體棒處在方向向下、磁感應(yīng)強度為
4、B的勻強磁場中.圖中E是電動勢為E,內(nèi)阻不計的直流電源,電容器的電容為C.閉合開關(guān),待電路穩(wěn)定后,下列選項正確的是: ( ) A.導(dǎo)體棒中電流為 B.輕彈簧的長度增加 C.輕彈簧的長度減少 D.電容器帶電量為CR 【答案】C 【名師點睛】本題屬于含容電路問題,在電路的連接中,電容所在支路為斷路,電容兩端電壓等于與之并聯(lián)的導(dǎo)體兩端的電壓,利用閉合電路的歐姆定律即可得出電路中的電流及電容器的帶電量;導(dǎo)體棒在磁場中通電后受安培力作用,當(dāng)安培力與彈簧的彈力相等時導(dǎo)體棒處于穩(wěn)定狀態(tài),由胡克定律和平衡條件即可求出彈簧的形變量。 4.如圖所示,MN、P
5、Q是間距為L的平行金屬導(dǎo)軌,置于磁感應(yīng)強度為B,方向垂直導(dǎo)線所在平面向里的勻強磁場中, M、P間接有一阻值為R的電阻.一根與導(dǎo)軌接觸良好、有效阻值為r的金屬導(dǎo)線ab垂直導(dǎo)軌放置,并在水平外力F的作用下以速度v向右勻速運動,則(不計導(dǎo)軌電阻: ( ) A.通過電阻R的電流方向為P→R→M B.a(chǎn)b兩點間的電壓為BLv C.a(chǎn)端電勢比b端高 D.外力F做的功等于電阻R上發(fā)出的焦耳熱 【答案】C 【解析】 根據(jù)右手定則可知:ab中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向為b→a,則通過電阻R的電流方向為 M→P→R.故A錯誤;金屬導(dǎo)線ab相
6、當(dāng)于電源,ab兩點間的電壓是路端電壓,即是R兩端的電壓.根據(jù)閉合電路歐姆定律得知,ab兩點間的電壓為 .故B錯誤.金屬導(dǎo)線ab相當(dāng)于電源,a端相當(dāng)于電源的正極,電勢較高,故C正確.a(chǎn)b棒向右做勻速直線運動,根據(jù)能量守恒得知:外力F做的功等于電路中產(chǎn)生的焦耳熱,大于電阻R上發(fā)出的焦耳熱,故D錯誤.故選C. 【名師點睛】本題比較簡單考查了電磁感應(yīng)與電路的結(jié)合,解決這類問題的關(guān)鍵是正確分析外電路的結(jié)構(gòu),然后根據(jù)有關(guān)電學(xué)知識求解;根據(jù)楞次定律或右手定則可判斷出通過電阻R的電流方向和a、b電勢高低.金屬導(dǎo)線ab相當(dāng)于電源,外電路為電阻R,由閉合電路歐姆定律求解ab兩點間的電壓;根據(jù)能量守恒得外界的能量
7、轉(zhuǎn)化成整個電路產(chǎn)生的焦耳熱。 5.如右圖所示,邊長為L的正方形導(dǎo)線框質(zhì)量為m,由距磁場H高處自由下落,其下邊ab進入勻強磁場后,線圈開始做減速運動,直到其上邊cd剛剛穿出磁場時,速度減為ab邊進入磁場時的一半,磁場的寬度也為L.則線框穿越勻強磁場過程中產(chǎn)生的焦耳熱為: ( ) A.2mgL B.2mgL+mgH C.2mgL+mgH D.2mgL+mgH 【答案】C 【名師點睛】本題是運用能量守恒定律處理電磁感應(yīng)中能量問題,關(guān)鍵要正確分析能量是如何轉(zhuǎn)化的。 6.如圖,間距l(xiāng)=0.4m的光滑平行金屬導(dǎo)軌電
8、阻不計,與水平面夾角θ=30°.正方形區(qū)域abcd內(nèi)勻強磁場的磁感應(yīng)強度B=0.2T,方向垂直于斜面.甲、乙兩金屬桿電阻R相同、質(zhì)量均為m=0.02kg,垂直于導(dǎo)軌放置.起初,甲金屬桿處在磁場的上邊界ab上,乙在甲上方距甲也為l處.現(xiàn)將兩金屬桿同時由靜止釋放,并同時在甲金屬桿上施加一個沿著導(dǎo)軌的拉力F,使甲金屬桿始終以a=5m/s2的加速度沿導(dǎo)軌勻加速運動,已知乙金屬桿剛進入磁場時做勻速運動,取g=10 m/s2: ( ) A.甲金屬桿在磁場中運動的時間是0.4 s B.每根金屬桿的電阻R=0.12 Ω C.乙金屬桿在磁場運動過程中回路的電流為2.5A D.
9、乙金屬桿在磁場運動過程中安培力功率是0.1 W 【答案】A 【名師點睛】本題關(guān)鍵要抓住乙金屬桿進入磁場前,兩棒的加速度相同,運動情況相同,再根據(jù)牛頓第二定律、運動學(xué)公式和功能關(guān)系求解。 7.如圖所示,水平放置的兩根金屬導(dǎo)軌位于方向垂直于導(dǎo)軌平面并指向紙里的勻強磁場中.導(dǎo)軌上有兩根小金屬導(dǎo)體桿ab和cd,其質(zhì)量均為m,能沿導(dǎo)軌無摩擦地滑動.金屬桿ab和cd與導(dǎo)軌及它們間的接觸等所有電阻可忽略不計.開始時ab和cd都是靜止的,現(xiàn)突然讓cd桿以初速度v向右開始運動,如果兩根導(dǎo)軌足夠長,則: ( ) A.cd始終做減速運動,ab始終做加速運動,并將追上cd B.c
10、d始終做減速運動,ab始終做加速運動,但追不上cd C.開始時cd做減速運動,ab做加速運動,最終兩桿以相同速度做勻速運動 D.磁場力對兩金屬桿做功的大小相等 【答案】C 【解析】 讓cd桿以初速度v向右開始運動,cd桿切割磁感線,產(chǎn)生感應(yīng)電流,兩桿受安培力作用,安培力對cd向左,對ab向右,所以ab從零開始加速,cd從v0開始減速.那么整個電路的感應(yīng)電動勢減小,所以cd桿將做加速度減小的減速運動,ab桿做加速度減小的加速運動,當(dāng)兩桿速度相等時,回路磁通量不再變化,回路中電流為零,兩桿不再受安培力作用,將以相同的速度向右勻速運動.故C正確,AB錯誤.兩導(dǎo)線中的電流始終相等,但由于通過
11、的距離不相等,故磁場對兩金屬桿做功大小不相等;故D錯誤;故選C。 【名師點睛】本題是牛頓第二定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的應(yīng)用問題.解答本題能搞清楚物體的受力情況和運動情況,突然讓cd桿以初速度v向右開始運動,cd桿切割磁感線,產(chǎn)生感應(yīng)電流,兩桿受安培力作用,根據(jù)牛頓第二定律判斷兩桿的運動情況。 8.如圖所示,在水平界面EF、 GH、JK間,分布著兩個勻強磁場,兩磁場方向水平且相反大小均為B,兩磁場高均為L寬度圓限。一個框面與磁場方向垂直、質(zhì)量為m電阻為R、邊長也為上的正方形金屬框abcd,從某一高度由靜止釋放,當(dāng)ab邊剛進入第一個磁場時,金屬框恰好做勻速點線運動,當(dāng)ab邊下落到GH和JK之間的
12、某位置時,又恰好開始做勻速直線運動.整個過程中空氣阻力不計.則: ( ) A.金屬框穿過勻強磁場過程中,所受的安培力保持不變 B.金屬框從ab邊始進入第一個磁場至ab邊剛到達(dá)第二個磁場下邊界JK過程中產(chǎn)生的熱量為2mgL C.金屬框開始下落時ab邊距EF邊界的距離 D.當(dāng)ab邊下落到GH和JK之間做勻速運動的速度 【答案】D 錯誤.當(dāng)ab邊剛進入第一個磁場時,金屬框恰好做勻速直線運動,由平衡條件得:,解得:,從線框開始下落到剛進入磁場過程,由機械能守恒定律得:mgh=mv2,解得:,故C錯誤.當(dāng)ab邊下落到GH和JK之間做勻速運動時,線框受到的安培力:,由平
13、衡條件得:,解得:,故D正確.故選D。 9.如圖所示是某同學(xué)自制的電流表原理圖,質(zhì)量為m的均勻金屬桿MN與一豎直懸掛的絕緣輕彈簧相連,彈簧勁度系數(shù)為k,在邊長為,的矩形區(qū)域abcd內(nèi)均有勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小為B,方向垂直紙面向外。MN的右端連接一絕緣輕指針,可指示出標(biāo)尺上的刻度,MN的長度大于ab,當(dāng)MN中沒有電流通過且處于靜止時,MN與ab邊重合,且指針指在標(biāo)尺的零刻度;當(dāng)MN中有電流時,指針示數(shù)可表示電流大小,MN始終在紙面內(nèi)且保持水平,重力加速度為g,則: ( ) A.要使電流表正常工作,金屬桿中電流方向應(yīng)從N至M B.當(dāng)該電流表的示數(shù)為零時,彈簧的伸
14、長量不為零 C.該電流表的量程是 D.該電流表的刻度在范圍內(nèi)是均勻的 【答案】BCD 10.如圖甲所示,在豎直方向上有四條間距相等的水平虛線L1、L2、L3、L4,在L1L2之間和L3L4之間存在勻強磁場,磁感應(yīng)強度B大小均為1T,方向垂直于虛線所在的平面;現(xiàn)有一矩形線圈abcd,寬度cd=L=0.5m,質(zhì)量為0.1kg,電阻為2Ω,將其從圖示位置由靜止釋放(cd邊與L1重合),速度隨時間的變化關(guān)系如圖乙所示,t1時刻cd邊與 L2重合,t2時刻ab邊與L3重合,t3時刻ab邊與L4重合,已知t1-t2的時間間隔為0.6s,整個運動過程中線圈平面始終處于豎直方向,重力加速度g取1
15、0m/s2.則: ( ) A.在0-t1時間內(nèi),通過線圈的電荷量為0.25C B.線圈勻速運動的速度大小為2m/s C.線圈的長度為1m D.0-t3時間內(nèi),線圈產(chǎn)生的熱量為1.8J 【答案】AD 11.如圖甲所示,在傾角為θ的光滑斜面內(nèi)分布著垂直于斜面的勻強磁場,其磁感應(yīng)強度B隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示。質(zhì)量為m的矩形金屬框從t=0時刻靜止釋放,t3時刻的速度為v,移動的距離為L,重力加速度為g。在金屬框下滑的過程中,下列說法正確的是: ( ) A.t1~t3時間內(nèi)金屬框中的電流方向不變 B.0~t3時間內(nèi)金屬框做勻加速直線運
16、動 C.0~t3時間內(nèi)金屬框做加速度逐漸減小的直線運動 D.0~t3時間內(nèi)金屬框中產(chǎn)生的焦耳熱為 【答案】AB 12.如圖所示,兩根足夠長光滑平行金屬導(dǎo)軌間距l(xiāng)=0.9m,與水平面夾角θ=30°,正方形區(qū)域abcd內(nèi)有勻強磁場,磁感應(yīng)強度B=2T,方向垂直于斜面向上.甲、乙是兩根質(zhì)量相同、電阻均為R=4.86Ω的金屬桿,垂直于導(dǎo)軌放置.甲置于磁場的上邊界ab處,乙置于甲上方l處.現(xiàn)將兩金屬桿由靜止同時釋放,并立即在甲上施加一個沿導(dǎo)軌方向的拉力F,甲始終以a=5m/s2的加速度沿導(dǎo)軌勻加速運動,乙進入磁場時恰好做勻速運動,g=10m/s2.則: ( ) A
17、. 甲穿過磁場過程中拉力F不變 B. 每根金屬桿的質(zhì)量為0.2kg C. 乙穿過磁場過程中安培力的功率是2W D. 乙穿過磁場過程中,通過整個回路的電荷量為C 【答案】BD 【解析】甲穿過磁場過程中做勻加速運動,故速度不斷增加,感應(yīng)電動勢逐漸變大,回路的電流增大,安培力變大,根據(jù) 可知,拉力F逐漸變大,選項A錯誤;乙進入磁場時的速度滿足 ,v0=3m/s;乙進入磁場后做勻速運動,則 ;因為乙進入磁場之前與甲的加速度相同,均為5m/s2,故當(dāng)乙進入磁場時,甲剛好出離磁場,此時E=BLv0, ,聯(lián)立解得m=0.2kg,選項B正確;乙穿過磁場過程中安培力的功率:,選項C錯誤; 乙穿過磁場過
18、程中,通過整個回路的電荷量: ,選項D正確;故選BD. 點睛:此題是關(guān)于電磁感應(yīng)的綜合應(yīng)用問題;解題時要認(rèn)真分析兩導(dǎo)體棒運動的物理過程及運動特點,分析導(dǎo)體棒的受力情況;求解電量時經(jīng)常用經(jīng)驗公式. 二、非選擇題(本大題共4小題,第13、14題每題10分;第15、16題每題15分;共50分) 13.(10分)如圖甲所示,一足夠長阻值不計的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ之間的距離L=0.5m,NQ兩端連接阻值R=2.0Ω的電阻,磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場垂直于導(dǎo)軌所在平面向上,導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角θ=300。一質(zhì)量m=0.40kg,阻值r=1.0Ω的金屬棒垂直于導(dǎo)軌放置并用絕緣細(xì)線通過光滑的定滑
19、輪與質(zhì)量M=0.80kg的重物相連。細(xì)線與金屬導(dǎo)軌平行。金屬棒沿導(dǎo)軌向上滑行的速度v與時間t之間的關(guān)系如圖乙所示,已知金屬棒在0~0.3s內(nèi)通過的電量是0.3~0.6s內(nèi)通過電量的,=10m/s2,求: (1)0~0.3s內(nèi)棒通過的位移;?。?)金屬棒在0~0.6s內(nèi)產(chǎn)生的熱量。 【答案】(1)0.3m(2)1.05J 代入解得Q?=3.15J 由于金屬棒與電阻R串聯(lián),電流相等,根據(jù)焦耳定律,得到它們產(chǎn)生的熱量與電阻成正比,所以金屬棒在0~0.6s內(nèi)產(chǎn)生的熱量 14.(10分)如圖甲所示,用粗細(xì)均勻的導(dǎo)線制成的一只圓形金屬圈,現(xiàn)被一根絕
20、緣絲線懸掛在豎直平面內(nèi)處于靜止?fàn)顟B(tài),已知金屬圈的質(zhì)量為m=0.1kg,半徑為r=0.1m,導(dǎo)線單位長度的阻值為ρ=0.1Ω/m,.金屬圈的上半部分處在一方向垂直圈面向里的有界勻強磁場中,磁感應(yīng)強度B隨時間t的變化關(guān)系如圖乙所示.金屬圈下半部分在磁場外.已知從t=0時刻起,測得經(jīng)過10s絲線剛好被拉斷。重力加速度g取10m/s2。求: (1)導(dǎo)體圓中感應(yīng)電流的大小及方向; (2)絲線所能承受的最大拉力F; (3)此過程中金屬圈中產(chǎn)生的焦耳熱Q. 【答案】(1)0.2A(2)F=1.32N(3)Q=0.025J (3)金屬圈內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱 代入數(shù)據(jù)得:Q=0.025J 15
21、.(15分)如圖所示,以MN為下邊界的勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小為B,方向垂直于紙面向外, MN上方有一單匝矩形導(dǎo)線框abcd,其質(zhì)量為m,電阻為R,ab邊長為l1,bc邊長為l2,cd邊離MN的高度為h.現(xiàn)將線框由靜止釋放,線框下落過程中ab邊始終保持水平,且ab邊離開磁場前已做勻速直線運動,求線框從靜止釋放到完全離開磁場的過程中 ll l2 M NM dM cM aM bM h ⑴ab邊離開磁場時的速度v;⑵通過導(dǎo)線橫截面的電荷量q;⑶導(dǎo)線框中產(chǎn)生的熱量Q. 【答案】(1)(2)(3) 16.(15分)如圖甲所示,彎折成90°角的兩根足夠長金屬導(dǎo)軌平行放置,
22、形成左右兩導(dǎo)軌平面,左導(dǎo)軌平面與水平面成53°角,右導(dǎo)軌平面與水平面成37°角,兩導(dǎo)軌相距L=0.2m,電阻不計。質(zhì)量均為m=0.1kg,電阻均為R=0.1Ω的金屬桿ab、cd與導(dǎo)軌垂直接觸形成閉合回路,金屬桿與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)均為μ=0.5,整個裝置處于磁感應(yīng)強度大小為B=1.0T,方向平行于左導(dǎo)軌平面且垂直右導(dǎo)軌平面向上的勻強磁場中。t=0時刻開始,ab桿以初速度v1沿右導(dǎo)軌平面下滑。t=ls時刻開始,對ab桿施加一垂直ab桿且平行右導(dǎo)軌平面向下的力F,使ab開始作勻加速直線運動。cd桿運動的v﹣t圖象如圖乙所示(其中第1s、第3s內(nèi)圖線為直線)。若兩桿下滑過程均保持與導(dǎo)軌垂直且接觸良好,g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:(1)在第1秒內(nèi)cd桿受到的安培力的大??;(2)ab桿的初速度v1;(3)若第2s內(nèi)力F所做的功為9J,求第2s內(nèi)cd桿所產(chǎn)生的焦耳熱。 【答案】(1);(2);(3)。 (3)根據(jù)v﹣t圖象可知,c d桿在第3s內(nèi)做勻減速運動,加速度 對cd桿受力分析,根據(jù)牛頓第二定律,有: 解得安培力 由可得 2s時ab桿的速度 第2s內(nèi)ab桿做勻加速運動,ab桿的位移 對ab桿,根據(jù)動能定理,有: 解得安培力做功 回路中產(chǎn)生的焦耳熱 解得:第2s內(nèi)cd桿所產(chǎn)生的焦耳熱 16
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