【走向高考】2012年高考物理总复习 第九章 第3讲 电磁感应中的综合应用

用心 爱心 专心1 第第 9 9 章章 第第 3 3 讲讲 一 选择题 1 如图所示 两根相距为l的平行直导轨ab cd b d间连有一固定电阻R 导轨 电阻可忽略不计 MN为放在ab和cd上的一导体杆 与ab垂直 其电阻也为R 整个装置 处于匀强磁场中 磁感应强度的大小为B 磁场方向垂直于导轨所在平面 指向图中纸面内 现对MN施力使它沿导轨方向以速度v做匀速运动 令U表示MN两端的电压的大小 则 A U vBl B U vBl 1 2 1 3 C U vBl D U 2vBl 答案 A 解析 电路中电动势为E Blv 则MN两端电压 U R Blv E R R 1 2 2 2010 合肥模拟 如图所示 在一匀强磁场中有一U形导体框bacd 线框处于水 平面内 磁场与线框平面垂直 R为一电阻 ef为垂直于ab的一根导体杆 它可以在 ab cd上无摩擦地滑动 杆ef及线框中导体的电阻都可不计 开始时 给ef一个向右的 初速度 则 A ef将减速向右运动 但不是匀减速 B ef将匀速向右运动 最后停止 C ef将匀速向右运动 D ef将做往复运动 答案 A 解析 杆ef向右运动 所受安培力F BIl Bl 方向向左 故杆做 Blv R B2l2v R 减速运动 v减小 F减小 杆做加速度逐渐减小的减速运动 A 正确 3 如图所示 在竖直向下的匀强磁场中 将一水平放置的金 属棒ab以水平速度v0抛出 设在整个过程中 棒的取向不变且不 计空气阻力 则在金属棒运动过程中产生的感应电动势大小变化的 情况是 A 越来越大 B 越来越小 C 保持不变 D 无法判断 答案 C 解析 金属棒水平抛出后 在垂直于磁场方向的速度不变 由E Blv可知 感 应电动势也不变 C 项正确 4 如图所示 用铝板制成U型框 将一质量为m的带电小球用绝缘细线悬挂在框中 使整体在匀强磁场中沿垂直于磁场方向向左以速度v匀速运动 悬线拉力为FT 则 用心 爱心 专心2 A 悬线竖直 FT mg B 悬线竖直 FT mg C 悬线竖直 FT mg D 无法确定FT的大小和方向 答案 A 解析 设两板间的距离为L 由于向左运动过程中竖直的切割磁感线 产生感应 电动势 由右手定则判断下板电势高于上板 感应电动势大小E Blv 即带电小球处于电 势差为BLv的电场中 所受电场力F电 qE电 q q qvB E L BLv L 设小球带正电 则电场力方向向上 同时小球所受洛伦兹力F洛 qvB 方向由左手定 则判断竖直向下 即F电 F洛 故无论小球带什么电怎样运动 FT mg 选项 A 正确 5 2010 宁波模拟 如图所示 有两根和水平方向成 角的光滑平行的金属轨道 上端接有可变电阻R 下端足够长 空间有垂直于轨道平面的匀强磁场 磁感应强度为B 一根质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下 经过足够长的时间后 金属杆的速度会趋近 于一个最大速度vm 则 A 如果 B 增大 vm将变大 B 如果 变大 vm将变大 C 如果R变大 vm将变大 D 如果m变小 vm将变大 答案 BC 解析 以金属杆为研究对象 受力如图所示 根据牛顿第二定律得 mgsin F安 ma 其中F安 B2L2v R 当a 0 时 v vm 解得vm mgRsin B2L2 结合此式分析即得 B C 选项正确 6 如图所示 用粗细相同的铜丝做成边长分别为L和 2L的两只闭 合线框a和b 以相同的速度从磁感应强度为B的匀强磁场区域中匀速 地拉到磁场外 不考虑线框的动能 若外力对环做的功分别为Wa Wb 则Wa Wb为 A 1 4 B 1 2 C 1 1 D 不能确定 答案 A 解析 根据能量守恒可知 外力做的功等于产生的电能 而产生的电能又全部转 化为焦耳热 Wa Qa Wb Qb BLv 2 Ra L v B 2Lv 2 Rb 2L v 由电阻定律知Rb 2Ra 故Wa Wb 1 4 A 项正确 用心 爱心 专心3 7 如图所示 相距为d的两条水平虚线L1 L2之间是方向水平向里的匀强磁场 磁 感应强度为B 质量为m 电阻为R的正方形线圈abcd边长为L L3a 在 3t0时刻线框到达 2 位置速度又为v0并 开始离开匀强磁场 此过程中v t图象如图 b 所示 则 A t 0 时 线框右侧边MN的两端电压为Bav0 B 在t0时刻线框的速度为v0 Ft0 m C 线框完全离开磁场的瞬间 位置 3 的速度一定比t0时刻线框的速度大 D 线框从进入磁场 位置 1 到完全离开磁场 位置 3 的过程中产生的电热为 2Fb 答案 D 解析 t 0 时 线框右侧边MN的两端电压为外电压 为Bav0 A 项错误 从t0 3 4 时刻至 3t0时刻线框做匀加速运动 加速度为 故在t0时刻的速度为 F m v0 2at0 v0 B 项错误 因为t 0 时刻和t 3t0时刻线框的速度相等 进入磁场 2Ft0 m 和穿出磁场的过程中受力情况相同 故在位置 3 时的速度与t0时刻的速度相等 C 项错误 线框在位置 1 和位置 3 时的速度相等 根据动能定理 外力做的功等于克服安培力做的功 用心 爱心 专心4 即有Fb Q 所以线框穿过磁场的整个过程中 产生的电热为 2Fb D 项正确 二 非选择题 9 由于国际空间站的运行轨道上各处的地磁场强弱及方向均有所不同 所以在运行过 程中 穿过其外壳的地磁场的磁通量将不断变化 这样将会导致 现象发生 从而 消耗国际空间站的能量 为了减少这类消耗 国际空间站的外壳材料的电阻率应尽可能 填 大 或 小 一些 答案 电磁感应 大 解析 电阻率较大 电阻也较大 同样的电磁感应现象 产生的电动势一定 由 P 可知 电阻较大时 消耗的电功率较小 可以减少能量消耗 U2 R 10 2010 杭州 如图 线圈匝数n 1000 匝 电阻r 1 横截 面积S 0 05m2 处于一个均匀变化的磁场中 磁感应强度随时间的变化 率 0 02T s 磁场方向与线圈平面垂直 电阻R1 3 R2 1 B t 电容器的电容C 200 F 由此可知电动势E V 电容器充电的电量 Q C 答案 1 1 5 10 4 解析 本题考查法拉第电磁感应定律 含容电路的分析 根据法拉第电磁感应定 律 电动势E n 1000 0 02 0 05V 1V 电容器两端的电压为R1两端的电压 t UC U1 V 因此电容器的带电量为Q CU 200 10 6 0 75C 1 5 10 4C 3 4 11 2010 皖南模拟 如图所示 两平行长直金属导轨置于竖直 平面内 间距为L 导轨上端有阻值为R的电阻 质量为m的导体棒垂 直跨放在导轨上 并搁在支架上 导轨和导体棒电阻不计 接触良好 且无摩擦 在导轨平面内有一矩形区域的匀强磁场 方向垂直于纸面 向里 磁感应强度为B 开始时导体棒静止 当磁场以速度v匀速向上 运动时 导体棒也随之开始运动 并很快达到恒定的速度 此时导体 棒仍在磁场区域内 试求 1 导体棒的恒定速度 2 导体棒以恒定速度运动时 电路中消耗的电功率 答案 1 v 向上 2 mgR B2L2 m2g2R B2L2 解析 1 设棒速为v 有 E BL v v F安 BIL BLE R B2L2 v v R 棒受力平衡有 mg F安 用心 爱心 专心5 联立得 v v mgR B2L2 方向向上 2 P E2 R 联立 得 P m2g2R B2L2 12 2010 临沂模拟 在拆装某种大型电磁设备的过程中 需将 设备内部的处于强磁场中的线圈先闭合 然后再提升直至离开磁场 操作时通过手摇轮轴A和定滑轮O来提升线圈 假设该线圈可简化为 水平长为L 上下宽度为d的矩形线圈 其匝数为n 总质量为M 总电阻为R 磁场的磁感 应强度为B 如图所示 开始时线圈的上边缘与有界磁场的上边缘平齐 若转动手摇轮轴 A 在时间t内把线圈从图示位置匀速向上拉出磁场 求此过程中 1 流过线圈中每匝导线横截面的电荷量是多少 2 在转动轮轴时 人至少需做多少功 不考虑摩擦影响 答案 1 2 Mgd nBLd R n2B2L2d2 Rt 解析 1 在匀速提升的过程中线圈运动速度 v d t 线圈中感应电动势E nBLv 产生的感应电流I E R 流过导线横截面的电荷量q It 联立 得q nBLd R 2 匀速提升的过程中 要克服重力和安培力做功 即 W WG W安 又WG Mgd W安 nBILd 联立 得 W Mgd n2B2L2d2 Rt 13 2010 山东潍坊质检 如图甲所示 水平虚面PQ上方两侧有对称的范围足够大的 匀强磁场 磁场方向分别水平向左和水平向右 磁感应强度大小均为B0 2T 用金属条制 成的闭合正方形框aa b b边长L 0 5m 质量m 0 3kg 电阻R 1 现让金属框平面 水平 aa 边 bb 边分别位于左 右两边的磁场中 且与磁场方向垂直 金属框由静止 开始下落 其平面在下落过程中始终保持水平 当金属框下落至PQ前一瞬间 加速度恰好 为零 以金属框下落至PQ为计时起点 PQ下方加一范围足够大的竖直向下的磁场 磁感 应强度B与时间t之间的关系图象如图乙所示 不计空气阻力及金属框的形变 g取 10m s2 求 用心 爱心 专心6 1 金属框经过PQ位置时的速度大小 2 金属框越过PQ后 2s 内下落的距离 3 金属框越过PQ后 2s 内产生的焦耳热 答案 1 0 75m s 2 21 5m 3 0 5J 解析 1 当金属框的加速度恰好为零时 受到的安培力与重力平衡 F1 安 mg F1