高三物理总复习 9-3电磁感应中的综合应用同步练习 新人教版

1 9 39 3 电磁感应中的综合应用电磁感应中的综合应用 一 选择题 1 2011 豫南九校模拟 如下图 等离子气流由左方连续以 v0射入 P1和 P2两板间的 匀强磁场中 ab 直导线与 P1 P2相连接 线圈 A 与直导线 cd 连接 线圈 A 内有随图乙所 示的变化磁场 且磁场 B 的正方向规定为向左 如图甲所示 则下列说法正确的是 A 0 1s 内 ab cd 导线互相排斥 B 1 2s 内 ab cd 导线互相排斥 C 2 3s 内 ab cd 导线互相排斥 D 3 4s 内 ab cd 导线互相排斥 答案 CD 解析 由左侧电路可以判断 ab 中电流方向由 a 到 b 由右侧电路及图乙可以判断 0 2s 内 cd 中电流为由 c 到 d 跟 ab 中电流同向 因此 ab cd 相互吸引 选项 A B 错误 2 4s 内 cd 中电流为由 d 到 c 跟 ab 中电流反向 因此 ab cd 相互排斥 选项 C D 正 确 2 2011 郑州模拟 如上图所示 两足够长平行金属导轨固定在水平面上 匀强磁场方向垂直导轨平面向 下 金属棒 ab cd 与导轨构成闭合回路且都可沿导轨无摩擦滑动 两金属棒 ab cd 的质 量之比为 2 1 用一沿导轨方向的恒力 F 水平向右拉金属棒 cd 经过足够长时间以后 A 金属棒 ab cd 都做匀速运动 B 金属棒 ab 上的电流方向是由 b 向 a C 金属棒 cd 所受安培力的大小等于 2F 3 D 两金属棒间距离保持不变 答案 BC 2 解析 对两金属棒 ab cd 进行受力和运动分析可知 两金属棒最终将做加速度相同 的匀加速直线运动 且 ab 棒速度小于 cd 棒速度 所以两金属棒间距离是变大的 由楞次 定律判断金属棒 ab 上的电流方向是由 b 到 a 选项 A D 错误 B 正确 以两金属棒整体为 研究对象有 F 3ma 隔离 cd 金属棒分析 F F安 ma 可求得金属棒 cd 所受安培力的 大小 F安 F 选项 C 正确 2 3 3 如上图所示 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 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 U 型框的竖直部分切割磁感线 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 4 2011 潍坊模拟 两光滑平行导轨倾斜放置 倾角为 底端接阻值为 R 的电阻 将质量为 m 的金属棒 悬挂在上端固定的轻弹簧下端 弹簧处在导轨所在的平面内 并与导轨平行 劲度系数为 k 金属棒和导轨接触良好 匀强磁场垂直于导轨平面 如上图 除电阻 R 外其余电阻不 计 现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放 则 3 A 导体棒沿导轨向下运动时棒中电流方向自左向右 B 释放瞬间 导体棒的加速度为 gsin C 导体棒最终停在初始位置的下方处 mgsin k D 整个过程中电阻 R 产生的内能为 m2g2sin k 答案 BC 解析 由右手定则可判断导体棒沿导轨向下运动时棒中电流方向自右向左 A 错 误 在释放瞬间 速度为零 不受安培力的作用 只受到重力和支持力的作用 其合力 F 合 mgsin ma 得 a gsin B 正确 导体棒最终停下时 处于平衡状态 合力为零 故有 mgsin kx 得 x C 正确 在运动的过程中 是弹簧的弹性势能 导体 mgsin k 棒的重力势能和电阻 R 的内能的转化 也就是导体棒的重力势能转化为弹簧的弹性势能和 电阻 R 的内能 所以 Q mgxsin kx2 D 错误 1 2 m2g2sin2 2k 5 如上图所示 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 6 2011 郑州模拟 4 如上图所示 在水平面内固定着 U 形光滑金属导轨 轨道间距为 50cm 金属导体棒 ab 质量为 0 1kg 电阻为 0 2 横放在导轨上 电阻 R 的阻值是 0 8 导轨其余部分电阻 不计 现加上竖直向下的磁感应强度为 0 2T 的匀强磁场 用水平向右的恒力 F 0 1N 拉 动 ab 使其从静止开始运动 则 A 导体棒 ab 开始运动后 电阻 R 中的电流方向是从 P 流向 M B 导体棒 ab 运动的最大速度为 10m s C 导体棒 ab 开始运动后 a b 两点的电势差逐渐增加到 1V 后保持不变 D 导体棒 ab 开始运动后任一时刻 F 的功率总等于导体棒 ab 和电阻 R 的发热功率之 和 答案 B 解析 由右手定则可判断电阻 R 中的感应电流方向是从 M 流向 P A 错 当金属导体 棒受力平衡时 其速度将达到最大值 由 F BIL I 可得 F 代入数 Em R总 BLvm R总 B2L2vm R总 据解得 vm 10m s B 对 电动势最大值 Em 1V a b 两点的电势差为路端电压 最大值 小于 1V C 错 在达到最大速度以前 F 所做的功一部分转化为内能 另一部分转化为导 体棒的动能 D 错 7 如下图所示 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 A 感应电流做功为 mgl B 感应电流做功为 2mgd 5 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 mg B2L2vmin R 的可能 C 正确 对整个过程应用动能定理可得 D 正确 mgR B2L2 8 2011 无锡模拟 如上图所示 在竖直方向的磁感应强度为 B 的匀强磁场中 金属框架 ABCD 固定在水平 面内 AB 与 CD 平行且足够长 BC 与 CD 夹角为 90 金属框架的电阻为零 光滑 导体棒 EF 垂直于 CD 在外力作用下以垂直于自身的速度 v 向右匀速运动 导体棒在滑动过 程中始终保持与导轨良好接触 经过 C 点瞬间作为计时起点 下列关于电路中电流大小 I 与时间 t 消耗的电功率 P 与导体棒水平移动的距离 x 变化规律的图象中正确的是 答案 AD 解析 设导体棒单位长度的电阻为 r0 AB CD 间的距离为 L0 当导体棒在 BC 边上运 动时 从 C 点开始经时间 t 导体棒向前移动距离为 vt 有效切割长度为 L vttan 则 回路的电动势为 E BLv Bv2ttan 则回路中的电流为 I 当导体棒 E R Bv2ttan r0vttan Bv r0 越过 BC 边后 其电流 I 恒量 在整个过程中电流为恒量 A 正确 B E R BL0v r0L0 Bv r0 错 导体棒在 BC 边上且距 C 点 x 时 在磁场中有效切割长度为 L xtan 则回路的电动 势为 E BLv Bxvtan 电动率 P 即 P x 当导体 E2 R Bxvtan 2 xr0tan B2v2xtan r0 6 棒越过 BC 边后 其电功率 P 恒量 C 错 D 正确 E 2 R BL0v 2 r0L0 B2v2L0 r0 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 如上图 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 B t R1 3 R2 1 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 2011 内江一模 7 如上图所示 足够长的光滑平行金属导轨 MN PQ 竖直放置 一匀强磁场垂直穿过导轨 平面 导轨的上端 M 与 P 间连接阻值为 R 0 40 的电阻 质量为 m 0 01kg 电阻为 r 0 30 的金属棒 ab 紧贴在导轨上 现使金属棒 ab 由静止开始下滑 其下滑距离与时 间的关系如下表所示 导轨电阻不计 重力加速度 g 取 10m s2 试求 时间 t s 00 10 20 30 40 50 60 7 下滑距离 s m 00 10 30 71 42 12 83 5 1 当 t 0 7s 时 重力对金属棒 ab 做功的功率 2 金属棒 ab 在开始运动的 0 7s 内 电阻 R 上产生的热量 3 从开始运动到 t 0 4s 的时间内 通过金属棒 ab 的电荷量 答案 1 0 7W 2 0 06J 3 0 2C 解析 1 由表格中数据可知 金属棒 ab 先做加速度减小的加速运动 最后以 7m s 匀速下落 PG mgv 0 01 10 7W 0 7W 2 根据动能定理 WG W安 mv mv 1 22 t 1 22 0 W安 mv mv mgh 0 01 72J 0 01 10 3 5J 0 105J 1 22 t 1 22 0 1 2 QR W安 0 105J 0 06J R R r 4 7 3 当金属棒 ab 匀速下落时 G F安 则 mg BIL B2L2v R r 解得 BL m 电荷量 q It 0 2C R r BLs R r 12 2011 天津 8 如上图所示 两根足够长的光滑平行金属导轨 MN PQ 间距为 l 0 5m 其电阻不计 两导轨及其构成的平面均与水平面成 30 角 完全相同的两金属棒 ab cd 分别垂直导轨 放置 每棒两端都与导轨始终有良好接触 已知两棒质量均为 m 0 02kg 电阻均为 R 0 1 整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中 磁感应强度 B 0 2T 棒 ab 在平行于导轨向上的力 F 作用下 沿导轨向上匀速运动 而棒 cd 恰好能够保持静止 取 g 10m s2 问 1 通过棒 cd 的电流 I 是多少 方向如何 2 棒 ab 受到的力 F 多大 3 棒 cd 每产生 Q 0 1J 的热量 力 F 做的功 W 是多少 答案 1 1A 方向由 d 到 c 2 0 2N 3 0 4J 解析 1 棒 cd 受安培力 Fcd IlB 棒 cd 在共点力的作用下平衡 则 Fcd mgsin30 由 式 代入数据得 I 1A 据楞次定律可知 棒 ab 中电流方向由 a 到 b 所以棒 cd 中电流方向由 d 到 c 2 棒 ab 与棒 cd 受安培力大小相等 Fab Fcd 对棒 ab 由共点力平衡知 F mgsin30 IlB 代入数据解得 F 0 2N 3 设棒 cd 产生 Q 0 1J 热量的时间为 t 由焦耳定律知 Q I2Rt 设棒 ab 匀速运动的速度大小为 v 则产生的电动势为 E Blv 据闭合电路欧姆定律知 9 I E 2R 由运动学公式知在时间 t 内 棒 ab 的位移 x vt 力 F 做的功 W Fx 联立 代入数据得 W 0 4J 13 2011 浙江 如图甲所示 在水平面上固定有长为 L 2m 宽为 d 1