【走向高考】2011高考物理一轮复习 电磁感应的综合应用配套练习

用心 爱心 专心1 20112011 走向高考系列物理一轮复习配套练习走向高考系列物理一轮复习配套练习 电磁感应的综合应用电磁感应的综合应用 一 选择题 1 如图甲 乙 丙中 除导体棒ab可动外 其余部分均固定不动 甲图中的电容器C原来不带 电 设导体棒 导轨和直流电源的电阻均可忽略 导体棒和导轨间的摩擦也不计 图中装置均在水平面 内 且都处于方向垂直水平面 即纸面 向下的匀强磁场中 导轨足够长 现给导体棒ab一个向右的初速 度v0 在甲 乙 丙三种情形下导体棒ab的最终运动状态是 A 三种情形下导体棒ab最终都做匀速运动 B 甲 丙中 ab棒最终将以不同速度做匀速运动 乙中 ab棒最终静止 C 甲 丙中 ab棒最终将以相同速度做匀速运动 乙中 ab棒最终静止 D 三种情形下导体棒ab最终都静止 答案 B 解析 甲图中ab棒运动后给电容器充电 当充电完成后 棒以一个小于v0的速度向右匀速运 动 乙图中构成了回路 最终棒的动能完全转化为电热 棒停止运动 丙图中棒先向右减速为零 然后 反向加速至匀速 故正确选项为 B 2 长为 4L的粗细均匀的金属杆围成一个正方形闭合框架 框架放在光滑的水平桌面上 另一根长 为L的同种材料 同样粗细的金属杆搁在其上 如图所示 匀强磁场垂直穿过框架平面 不计一切摩 擦 当直杆ab获得一个初速度沿框架从左向右运动的过程中 A 任一时刻ab杆的加速度大小均是框架加速度大小的 4 倍 B 任一时刻ab杆的加速度方向均和框架的加速度方向相同 C ab杆对地做匀减速运动 框架对地做匀加速运动 D 任一时刻ab杆的发热功率均是框架发热功率的 1 4 答案 A 解析 任一时刻ab和框架所受的安培力大小相等 方向相反 由于ab质量只有框架质量的 1 4 故ab杆的加速度大小是框架加速度大小的 4 倍 A 正确 B 错误 由于安培力大小变化 ab杆和框架的 加速度是变化的 C 错 ab杆在框架上滑动时 框架的等效电阻不断变化 D 错误 3 如图所示 闭合金属线框从一定高度自由下落进入匀强磁场中 磁场足够大 从ab边开始进入 磁场到cd边刚进入磁场的这段时间内 线框运动的速度 时间图象不可能是 用心 爱心 专心2 答案 B 解析 当ab边刚进入磁场时 若线框所受安培力等于重力 则线框在从ab边开始进入磁场到cd 边刚进入磁场前做匀速运动 故 A 是可能的 当ab边刚进入磁场时 若线框所受安培力小于重力 则线 框做加速度逐渐减小的加速运动 最后可能做匀速运动 故 C 情况也可能 当ab边刚进入磁场时 若线 框所受安培力大于重力 则线框做加速度逐渐减小的减速运动 最后可能做匀速运动 故 D 可能 线框 在磁场中不可能做匀变速运动 故 B 项是不可能的 应选 B 4 2009 浙江台州 如图所示 两光滑平行导轨水平放置在匀强磁场中 磁场垂直导轨所在平面 金属棒ab可沿导轨自由滑动 导轨一端跨接一个定值电阻R 导轨电阻不计 现将金属棒沿导轨由静止 向右拉 若保持拉力F恒定 经时间t1后速度为v 加速度为a1 最终以速度 2v做匀速运动 若保持拉 力的功率P恒定 棒由静止经时间t2后速度为v 加速度为a2 最终也以速度 2v做匀速运动 则 A t2 t1 B t1 t2 C a2 2a1 D a2 3a1 答案 BD 解析 若保持拉力F恒定 在t1时刻 棒ab切割磁感线产生的感应电动势为E BLv 其所受安 培力FB BIL 由牛顿第二定律 有F ma1 由题意 棒最终以 2v做匀速运动 则F B2L2v R B2L2v R 故a1 若保持拉力的功率P恒定 在t2时刻 有 ma2 棒最终也以 2v做匀速 2B2L2v R B2L2v mR P v B2L2v R 运动 则 故a2 3a1 选项 D 正确 C 错误 由以上分析可知 在瞬时速度相同的 P 2v 2B2L2v R 3B2L2v mR 情况下 恒力F作用时棒产生的加速度比拉力的功率P恒定时产生的加速度小 故t1 t2 选项 B 正确 A 错误 5 如图所示 一个边长为a 电阻为R的等边三角形线框 在外力作用下 以速度v匀速穿过宽均 为a的两个匀强磁场 这两个磁场的磁感应强度大小相等 方向相反 线框的运动方向与底边平行且与 磁场边缘垂直 取逆时针方向的电流为正 若从图示位置开始计时 关于线框中产生的感应电流i与运 动时间t之间的函数图象 正确的是 用心 爱心 专心3 答案 A 解析 根据楞次定律 电流应先为逆时针 故 B 错 当线框同时在两个磁场中切割磁感线的时候 形成同向电流 所以峰值应为谷值的一半 C 错 根据公式 BLvsin 可知 L 故图象应为分段 线性函数 故 A 正确 D 错误 6 2010 浙江省部分重点中学联考 如图 a 所示 在光滑水平面上用恒力F拉质量为m的单匝均匀 正方形铜线框 边长为a 在 1 位置以速度v0进入磁感应强度为B的匀强磁场并开始计时t 0 若磁场 的宽度为b b 3a 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时刻至 3t0时刻 3 4 线框做匀加速运动 加速度为 故在t0时刻的速度为v0 2at0 v0 B 项错误 因为t 0 时刻和 F m 2Ft0 m t 3t0时刻线框的速度相等 进入磁场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 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 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 L d 将线圈在磁场上方高h处由静止释放 cd边刚进 入磁场时速度为v0 cd边刚离开磁场时速度也为v0 则线圈穿越磁场的过程中 从cd边刚入磁场一直到 ab边刚离开磁场 用心 爱心 专心4 A 感应电流做功为mgl B 感应电流做功为 2mgd C 线圈的最小速度可能为 mgR B2L2 D 线圈的最小速度一定为 2g h L d 答案 BCD 解析 根据cd边刚进入磁场和cd边刚离开磁场时速度大小相等 对这一过程应用动能定理可得 线圈进入磁场的过程克服安培力做功为mgd 出磁场的过程同样要克服安培力做功mgd 所以总共产生电 能 2mgd 则感应电流做功 2mgd 所以 A 错误 B 正确 若进入过程中出现匀速运动情况 则安培力与重 力相等 所以存在最小速度为的可能 C 正确 对整个过程应用动能定理可得 D 正 mg B2L2vmin R mgR B2L2 确 8 如图所示 ab cd是固定在竖直平面内的足够长的金属框架 除bc段电阻为R 其余电阻均不 计 ef是一条不计电阻的金属杆 杆两端与ab和cd接触良好且能无摩擦下滑 下滑时ef始终处于水平 位置 整个装置处于垂直框面的匀强磁场中 ef从静止下滑 经过一段时间后闭合开关S 则在闭合S 后 A ef的加速度可能大于g B 闭合S的时刻不同 ef的最终速度也不同 C 闭合S的时刻不同 ef最终匀速运动时电流的功率也不同 D ef匀速下滑时 减少的机械能等于电路消耗的电能 答案 AD 解析 闭合前 ef自由落体 到闭合时 设瞬时速度为v 此时ef所受安培力F安 F安 B2l2v R 可能出现大于 2mg的情况 故 A 正确 不同时刻闭合S 可能会出现三种情况 1 F安 mg时 ef正好从此时匀速运动 速度v mgR B2l2 2 F安mg时 ef减速至F安 mg后再匀速运动 此时速度v mgR B2l2 所以最终速度v 及最大功率P 与S闭合时刻无关 匀速下滑时重力势能 电能 mgR B2l2 E2 R B2l2v2 R 内能 所以应选 A D 二 非选择题 用心 爱心 专心5 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 U2 R 较大时 消耗的电功率较小 可以减少能量消耗 10 2009 合肥市一模 如图所示 光滑的金属导轨间距为L 导轨平面与水平面成 角 导轨下 端接有阻值为R的电阻 质量为m的金属细杆ab与绝缘轻质弹簧相连静止在导轨上 弹簧劲度系数为 k 上端固定 弹簧与导轨平面平行 整个装置处在垂直于导轨平面斜向上的匀强磁场中 磁感应强度为 B 现给杆一沿导轨向下的初速度v0 杆向下运动至速度为零后 再沿导轨平面向上运动达最大速度 大 小为v1 然后减速为零 再沿导轨平面向下运动 一直往复运动到静止 导轨与金属细杆的电阻忽略不 计 试求 1 细杆获得初速度瞬间 通过R的电流大小 2 当杆速度为v1时离最初静止时位置的距离L1 3 杆由初速度v0开始运动直到最后静止 电阻R上产生的焦耳热Q 答案 1 2 3 mv BLv0 R B2L2v1 kR 1 22 0 解析 1 由E BLv0 I0 可得I0 E R BLv0 R 2 设杆最初静止不动时弹簧伸长x0 kx0 mgsin 当杆的速度为v1时弹簧伸长 x1 kx1 mgsin BI1L 此时I1 L1 x1 x0 得L1 BLv1 R B2L2v1 kR 3 杆最后静止时 杆在初始位置 由能量守恒可得Q mv 1 22 0 11 2010 潍坊 如图甲所示 平行金属导轨竖直放置 导轨间距为L 1m 上端接有电阻 R1 3 下端接有电阻R2 6 虚线OO 下方是垂直于导轨平面的匀强磁场 现将质量m 0 1kg 电 阻不计的金属杆ab 从OO 上方某处垂直导轨由静止释放 杆下落 0 2m 过程中始终与导轨保持良好接 触 加速度a与下落距离h的关系图象如图乙所示 求 1 磁感应强度B 2 杆下落 0 2m 过程中通过电阻R2的电荷量q 答案 1 2T 2 0 05C 用心 爱心 专心6 解析 1 由图象知 杆自由下落距离是 0 05m 当地重力加速度g 10m s2 则杆进入磁场时的速 度v 1m s 2gh 由图象知 杆进入磁场时加速度a g 10m s2 由牛顿第二定律得mg F安 ma 回路中的电动势E BLv 杆中的电流I E R并 R并 R1R2 R1 R2 F安 BIL B2L2v R并 得B 2T 2mgR并 L2v 2 杆在磁场中运动产生的平均感应电动势 E t 杆中的平均电流 I E R并 通过杆的电荷量Q t I 通过R2的电量q Q 0 05C 1 3 12 2009 北京一模 如图 甲 所示 abcd是位于竖直平面内的正方形闭合金属线框 金属线框的 质量为m 电阻为R 在金属线框的下方有一匀强磁场区 MN和M N 是匀强磁场区域的水平边界 并 与线框的bc边平行 磁场方向与线框平面垂直 现金属线框由距MN的某一高度从静止开始下落 图 乙 是 金属线框由开始下落到完全穿过匀强磁场区域瞬间的速度 时间图象 图象中坐标轴上所标出的字母均 为已知量 求 1 金属线框的边长 2 磁场的磁感应强度大小 3 金属线框在整个下落过程中所产生的热量 答案 1 v1 t2 t1 2 1 v1 t2 t1 mgR v1 3 2mgv1 t2 t1 m v v 1 22 32 2 解析 1 金属线框进入磁场过程中做匀速直线运动 速度为v1 运动时间为t2 t1 所以金属线 框的边长为L v1 t2 t1 2 在金属线框进入磁场的过程中 金属线框所受安培力等于重力mg BIL I BLv1 R B 1 v1 t2 t1 mgR v1 3 金属线框进入磁场过程中产生热量Q1 出磁场时产生热量Q2 Q1 mgL Q2 mgL 1 2mv2 3 1 2mv2 2 用心 爱心 专心7 Q总 Q1 Q2 2mgv1 t2 t1 m v v 1 22 32 2 13 如图甲所示 平行导轨水平放置固定在磁感应强度为 1T 的匀强磁场中 磁场方向垂直导轨所在 平面 导轨一端跨接阻值为R 1 的定值电阻 质量为 0 2kg 的金属棒MN可沿水平导轨滑动 其他电阻 不计 导轨与棒间的动摩擦因数为 0 5 用电动机D牵引MN从 静止开始运动 其运动的位移 时间图象如图乙所示 此后 电压表和电流表示数恒为 7V 和 1