高考物理总复习 配餐作业30 电磁感应规律的综合应用.doc

(三十)电磁感应规律的综合应用a组基础巩固题1如图所示，在一固定水平放置的闭合导体圆环上方，有一条形磁铁，从离地面高h处，由静止开始下落，最后落在水平地面上。磁铁下落过程中始终保持竖直方向，并从圆环中心穿过圆环，而不与圆环接触。若不计空气阻力。重力加速度为g，下列说法中正确的是()a在磁铁下落的整个过程中，圆环中的感应电流方向先逆时针后顺时针(从上向下看圆环)b磁铁在整个下落过程中，受圆环对它的作用力先竖直向上后竖直向下c磁铁在整个下落过程中，它的机械能不变d磁铁落地时的速率一定等于解析当条形磁铁靠近圆环时，穿过圆环的磁通量增加，根据楞次定律可判断圆环中感应电流的方向为逆时针(从上向下看圆环)，当条形磁铁远离圆环时，穿过圆环的磁通量减小，根据楞次定律可判断圆环中感应电流的方向为顺时针(从上向下看圆环)，a正确；根据楞次定律的推论“来拒去留”原则，可判断磁铁在整个下落过程中，受圆环对它的作用力始终竖直向上，b错误；磁铁在整个下落过程中，由于受到磁场力的作用，机械能不守恒，c错误；若磁铁从高度h处做自由落体运动，其落地时的速度v，但磁铁穿过圆环的过程中要产生一部分电热，根据能量守恒定律可知，其落地速度一定小于，d错误。答案a2如图所示，上下开口、内壁光滑的铜管p和塑料管q竖直放置。小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落至底部。则小磁块()a在p和q中都做自由落体运动b在两个下落过程中的机械能都守恒c在p中的下落时间比在q中的长d落至底部时在p中的速度比在q中的大解析小磁块从铜管p中下落时，p中的磁通量发生变化，p中产生感应电流，给小磁块一个向上的磁场力，阻碍小磁块向下运动，因此小磁块在p中不是做自由落体运动，而塑料管q中不会产生电磁感应现象，因此q中小磁块做自由落体运动，a项错误；p中的小磁块受到的磁场力对小磁块做负功，机械能不守恒，b项错误；由于在p中小磁块下落的加速度小于g，而q中小磁块做自由落体运动，因此从静止开始下落相同高度，在p中下落的时间比在q中下落的时间长，c项正确；根据动能定理可知，落到底部时在p中的速度比在q中的速度小，d项错误。答案c3(2017广东联考)如图所示，abc为等腰直角三角形，ab边与x轴垂直，a点坐标为(a,0)，c点坐标为(0，a)，三角形区域内存在垂直平面向里的磁场，磁感应强度b与横坐标x的变化关系满足b(k为常量)，三角形区域的左侧有一单匝矩形线圈，线圈平面与纸面平行，线圈宽为a，高为2a，电阻为r。若线圈以某一速度v匀速穿过磁场，整个运动过程中线圈不发生转动，则下列说法正确的是()a线圈穿过磁场的过程中感应电流的大小逐渐增大b线圈穿过磁场的过程中产生的焦耳热为qc线圈穿过磁场的过程中通过导线截面的电荷量为零d穿过三角形区域的磁通量为2ka解析线圈穿过磁场的过程中，感应电动势为eblv，根据欧姆定律可得感应电流大小为i，由几何关系知，切割边运动距离为x时，l2x，解得i，为定值，所以a错误；产生的焦耳热为qi2rt，而t，解得q，所以b错误；因为e，所以qit，解得2ka，所以穿过三角形区域的磁通量为2ka，故c错误、d正确。答案d4(2017运城模拟)如图所示，在0x2l的区域内存在着匀强磁场，磁场的方向垂直于xoy平面(纸面)向里，具有一定电阻的矩形线框abcd位于xoy平面内，线框的ab边与y轴重合，bc边的长度为l。线框从t0时刻由静止开始沿x轴正方向做匀加速运动，则线框中的感应电流i(取顺时针方向的电流为正)随时间t的函数图象大致是下图中的()解析设ab边的长度为l，在线框进入磁场过程中，线框中产生的感应电流it，知it，由左手定则可知，此过程中电流方向为逆时针，故a、d错误；当线框全部处于磁场中时，线框内的磁通量不发生变化，所以线框中没有电流；当线框的ab边离开磁场时，线框的cd边切割磁感线，此时速度为v2，电流为i0，方向为顺时针，故选项b错误、c正确。答案c5(2017泸州模拟)(多选)如图甲所示，光滑绝缘水平面上，虚线mn的右侧存在磁感应强度b2 t的匀强磁场，mn的左侧有一质量m0.1 kg的矩形线圈abcd，bc边长l10.2 m，线圈电阻r2 。t0时，用一恒定拉力f拉线圈，使其由静止开始向右做匀加速运动，经过时间1 s，线圈的bc边到达磁场边界mn，此时立即将拉力f改为变力，又经过1 s，线圈恰好完全进入磁场，整个运动过程中，线圈中感应电流i随时间t变化的图象如图乙所示。则下列说法正确的是()a恒定拉力大小为0.1 nb线圈在第2 s内的加速度大小为1 m/s2c线圈ab边长l20.5 md在第2 s内流过线圈的电荷量为0.2 c解析在第1 s末，i1，ebl1v1，v1a1t1，fma1，联立得f0.05 n，a项错误；在第2 s内，由题图分析知线圈做匀加速直线运动，第2 s末，i2，ebl1v2，v2v1a2t2，解得a21 m/s2，b项正确；在第2 s内，vv2a2l2，得l21 m，c项错误；q0.2 c，d项正确。答案bd6(2017河南联考)(多选)两根足够长的光滑导轨竖直放置，间距为l，顶端接阻值为r的电阻。质量为m、电阻为r的金属棒在距磁场上边界某处由静止释放，金属棒和导轨接触良好，导轨所在平面与磁感应强度为b的匀强磁场垂直，如图所示，不计导轨的电阻，重力加速度为g，则 ()a金属棒在磁场中运动时，流过电阻r的电流方向为abb金属棒的速度为v时，金属棒所受的安培力大小为c金属棒的最大速度为d金属棒以稳定的速度下滑时，电阻r的热功率为2r解析金属棒在磁场中向下运动时，由楞次定律知，流过电阻r的电流方向为ba，选项a错误；金属棒的速度为v时，金属棒中感应电动势eblv，感应电流i，所受的安培力大小为fbil，选项b正确；当安培力fmg时，金属棒下滑速度最大，金属棒的最大速度为v，选项c错误；金属棒以稳定的速度下滑时，电阻r和r的总热功率为pmgv2(rr)，电阻r的热功率为2r，选项d正确。答案bd7(2017扬州模拟)(多选)如图所示，平行金属导轨与水平面间的夹角为，导轨电阻不计，与阻值为r的定值电阻相连，匀强磁场垂直穿过导轨平面，磁感应强度为b。有一质量为m、长为l的导体棒从ab位置获得平行于斜面的、大小为v的初速度向上运动，最远到达ab的位置，滑行的距离为s，导体棒的电阻也为r，与导轨之间的动摩擦因数为。则()a上滑过程中导体棒受到的最大安培力为b上滑过程中电流做功放出的热量为mv2mgs(sin cos )c上滑过程中导体棒克服安培力做的功为mv2d上滑过程中导体棒损失的机械能为mv2mgssin 解析上滑过程中，开始时导体棒的速度最大，受到的安培力最大为，a错；根据能量守恒，上滑过程中电流做功放出的热量为mv2mgs(sin cos )，b对；上滑过程中导体棒克服安培力做的功等于电流做功产生的热，也是mv2mgs(sin cos )，c错；上滑过程中导体棒损失的机械能为mv2mgssin ，d对。答案bd8(2017邯郸模拟)(多选)如图所示，两根等高光滑的圆弧轨道，半径为r、间距为l，轨道电阻不计。在轨道顶端连有一阻值为r的电阻，整个装置处在一竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为b。现有一根长度稍大于l、电阻不计的金属棒从轨道最低位置cd开始，在拉力作用下以初速度v0向右沿轨道做匀速圆周运动至ab处，则该过程中()a通过r的电流方向为由外向内b通过r的电流方向为由内向外cr上产生的热量为d流过r的电量为解析金属棒从轨道最低位置cd运动到ab处的过程中，穿过回路的磁通量减小，根据楞次定律判断得知通过r的电流方向为由外向内，故a正确，b错误。金属棒做匀速圆周运动，回路中产生正弦式交变电流，可得产生的感应电动势的最大值为emblv0，有效值为eem，根据焦耳定律有：qt，时间为t，联立解得q，故c正确；通过r的电量由公式：qt，故d错误。答案ac9如图所示，在半径为r的半圆形区域内，有磁感应强度为b的垂直纸面向里的有界匀强磁场，pqm为圆内接三角形线圈，且pm为圆的直径，三角形线圈的各边由材料相同的细软弹性导线组成(不考虑导线中电流间的相互作用)。设线圈的总电阻为r，且不随形状改变，此时pmq37，下列说法正确的是()a穿过线圈pqm中的磁通量大小为0.96br2b若磁场方向不变，只改变磁感应强度b的大小，且bb0kt，则此时线圈中产生的感应电流大小为ic保持p、m两点位置不变，将q点沿圆弧顺时针移动到接近m点的过程中，线圈中有感应电流且电流方向不变d保持p、m两点位置不变，将q点沿圆弧顺时针移动到接近m点的过程中，线圈中不会产生焦耳热解析由几何关系知pq1.2r，qm1.6r，则三角形面积s0.96r2，根据公式bs判断可知选项a正确；根据法拉第电磁感应定律es，i，联立解得i，选项b错误；q顺时针移动时，由几何关系知面积先增大后减小，则线圈中产生电流且方向有改变，选项c、d错误。答案a10如图所示，在粗糙绝缘水平面上有一正方形闭合线框abcd，其边长为l，质量为m，金属线框与水平面的动摩擦因数为。虚线框abcd内有一匀强磁场，磁场方向竖直向下。开始时金属线框的ab边与磁场的dc边重合。现使金属线框以初速度v0沿水平面滑入磁场区域，运动一段时间后停止，此时金属线框的dc边与磁场区域的dc边距离为l。在这个过程中，金属线框产生的焦耳热为()a.mvmglb.mvmglc.mv2mgl d.mv2mgl解析依题意知，金属线框移动的位移大小为2l，此过程中克服摩擦力做功为2mgl，由能量守恒定律得金属线框中产生的焦耳热为qmv2mgl，故选项d正确。答案db组能力提升题11(2017新余模拟)(多选)如图所示，在坐标系xoy中，有边长为l的正方形金属线框abcd，其一条对角线ac和y轴重合、顶点a位于坐标原点o处。在y轴的右侧，在、象限内有一垂直纸面向里的匀强磁场，磁场的上边界与线框的ab边刚好完全重合，左边界与y轴重合，右边界与y轴平行。t0时刻，线框以恒定的速度v沿垂直于磁场上边界的方向穿过磁场区域。取沿abcda方向的感应电流为正，则在线框穿过磁场区域的过程中，感应电流i、ab间的电势差uab随时间t变化的图线是下图中的()解析在d点运动到o点过程中，ab边切割磁感线，根据右手定则可以确定线框中电流方向为逆时针方向，即正方向，电动势均匀减小到0，则电流均匀减小到0；然后cd边开始切割磁感线，感应电流的方向为顺时针方向，即负方向，电动势均匀减小到0，则电流均匀减小到0，故a正确、b错误；d点运动到o点过程中，ab边切割磁感线，ab相当于电源，电流由a到b，b点的电势高于a点，ab间的电势差uab为负值，大小等于电流乘bc、cd、da三条边的电阻，并逐渐减小。ab边出磁场后，cd边开始切割，cd边相当于电源，电流由b到a，ab间的电势差uab为负值，大小等于电流乘ab边的电阻，并逐渐减小，故c错误、d正确。答案ad12如图所示，水平地面上方矩形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，两个边长相等的单匝闭合正方形线圈和，分别用相同材料，不同粗细的导线绕制(为细导线)。两线圈在距磁场上界面h高处由静止开始自由下落，再进入磁场，最后落到地面。运动过程中，线圈平面始终保持在竖直平面内且下边缘平行于磁场上边界。设线圈、落地时的速度大小分别为v1、v2，在磁场中运动时产生的热量分别为q1、q2，不计空气阻力，则()av1v2，q1q2bv1v2，q1q2cv1q2 dv1v2，q1q2解析由于从同一高度下落，到达磁场边界时具有相同的速度v，切割磁感线产生感应电流同时受到磁场的安培力的作用且f，又因为r(为材料的电阻率，l为线圈的边长，s为导线的横截面积)，所以安培力f，此时加速度ag，且m0s4l(0为材料的密度)，所以加速度ag是定值，线圈和同步运动，落地速度相等v1v2。由能量守恒可得产生的热量qmg(hh)mv2(h是磁场区域的高度)，为细导线，m较小，产生的热量较少，所以q1q2，故选项d正确。答案d13(多选)如图所示，边长为l、电阻不计的n匝正方形金属线框位于竖直平面内，连接的小灯泡的额定功率、额定电压分别为p、u，线框及小灯泡的总质量为m，在线框的下方有一匀强磁场区域，区域宽度为l，磁感应强度方向与线框平面垂直，其上、下边界与线框底边均水平。线框从图示位置开始静止下落，穿越磁场的过程中，小灯泡始终正常发光。则()a有界磁场宽度lf00.025 n所以t0时棒静止不动，加速度为零，这以后磁感应强度b都小于b0，棒所受到的安培力都小于最大静摩擦力，故前3 s时间内导体棒静止不动，电流恒为i0.25 a在03 s的时间内，磁感应强度bb0kt0.20.1t因导体棒静止不动，故棒在水平方向受安培力和静摩擦力，合力为零，ffbil(0.20.1t)0.250.5 n0.012 5(2t)n(t3 s)。(3)3.04.0 s时间内磁感应强度大小恒为b20.1 t，ab棒做匀变速运动，t24.0 s3.0 s1.0 s设t4.0 s时速度大小为v，位移为x，则vv0at24 m/sxt26 m在这段时间内的平均电动势为e在这段时间内通过电阻的电荷量为qit2t21.5 c