第二轮物理-专题四-电磁感应与力学综合

1 专题四专题四 电磁感应与力学综合电磁感应与力学综合 一 选择题 本题共 10 小题每小题 4 分 共 40 分 在每小题给出的四个选项中 有的小题只有一 个选项正确 有的小题有多个选项正确 全部选对的得 4 分 选不全的得 2 分 有选错或不答 的得 0 分 1 弹簧上端固定 下端挂一只条形磁铁 使磁铁上下做简谐运动 若在振动过程中 把线圈靠近磁铁 如图 4 29 所示 观察磁铁的振幅 将会发现 A S 闭合时振幅逐渐减小 S 断开时振幅不变 B S 闭合时振幅逐渐增大 S 断开时振幅不变 C S 闭合或断开时 振幅的变化相同 D S 闭合或断开时 振幅不会改变 2 平面上的光滑平行导轨 MN PQ 上放着光滑导体棒 ab cd 两棒用细线系住 匀强磁场的面 方向如图 4 30 甲 所示 而磁感应强度 B 随时间 t 的变化图线如图 4 30 乙 所示 不计 ab cd 间电流的相互作用 则细线中的张力 A 0 到 t0时间内没有张力C t0到 t 时间内没有张力 C 0 到 t0时间内张力变大 D t0到 t 时间内张力变大 3 如图 4 31 所示 一块薄的长方形铝板水平放置在桌面上 铝板右端拼 接一根等厚的条形磁铁 一闭合铝环以初速度 v 从板的左端沿中线向右 滚动 下列说法正确的是 铝环的滚动动能越来越小 铝环的滚动动能保持不变 铝环的运动方向偏向条形磁铁的 N 极或 S 极 铝环的运动方向将不发生改变 A B C D 4 如图 4 32 所示 有界匀强磁场垂直于纸面 分布在虚线所示的矩形 abcd 内 用超导材料制成的矩形线圈 1 和固定导线圈 2 处在同一平面内 超导 线圈 1 正在向右平动 离开磁场靠近线圈 2 线圈 2 中产生的感应电流的 方向如图所示 依据这些条件 A 可以确定超导线圈 1 中产生的感应电流的方向 B 可以确定 abcd 范围内有界磁场的方向 C 可以确定超导线圈 1 受到线圈 2 对它的安培力 合力方向 D 无法做出以上判断 因为不知道超导线圈 1 的运动情况 5 如图 4 33 所示 两根足够长的固定平行金属光滑导轨位于同一水平 面 导轨上横放着两根相同的导体棒 ab cd 与导轨构成矩形回路 导 体棒的两端连接着处于压缩状态的两根轻质弹簧 两棒的中问用细线 绑住 它们的电阻均为 R 回路上其余部分的电阻不计 在导线平面 内两导轨间有一竖直向下的匀强磁场 开始时 导体棒处于静止状态 2 剪断细线后 导体棒在运动过程中 A 回路中有感应电动势 B 两根导体棒所受安培力自唠向相同 C 两根导体棒和弹簧构成的系统动量守恒 机械能守恒 D 两根导体棒和弹簧构成的系统动量守恒 机械能不守恒 6 如图 4 34 所示 MN PQ 为两平行金属导轨 M P 间连有一阻值为 R 的电阻 导轨处于匀强磁场中 磁感应强度为 B 磁场方向与导轨所在 平面垂直 图中磁场方向垂直纸面向里 有一金属圆环沿两导轨滑动 速度为 v 与导轨接触良好 圆环的直径 d 与两导轨间的距离相等 设 金属环与导轨的电阻均可忽略 当金属环向右运动时 A 有感应电流通过电阻 R 大小为型掣 B 在感应电流通过电阻 R 大小为警 C 有感应电流通过电阻 R 大小为垄孕 D 没有感应电流通过电阻 R 7 如图 4 35 所示 相距为 d 足够长的两平行金属导轨 电阻不计 固定在绝缘水平面上 导轨 间有垂直轨道平面的匀强磁场且磁感应强度为 B 在导轨上放置一金属棒 棒上串接着一尺 寸大小不计的理想电压表 导轨左端接有电容为 C 的电容器 金属棒与导轨接触良好且滑动摩 擦力为 F 现用水平拉力使金属棒向右运动 拉力的功率恒为 P 则棒在达到最大速度之前 下列叙述中正确的是 A 棒做匀加速运动B 电压表示数不断变大 C 电容器所带电荷量在 C 不断增加D 作用于棒的摩擦力功率恒为 P 8 如图 4 36 所示 匀强磁场竖直向下 磁感应强度为 B 正方形金属框 abcd 可绕光滑轴 OO 转 动 边长为 L 总电阻为 R ab 边质量为 m 其他三 边质量不计 现将 abcd 拉至水 平位置 并由静止释放 经时间 t 到达竖直位置 产生热 量为 Q 若重力加速度为 g 则 ab 边在最低位置所受 安培力大小等于 m QmgL R LB D Rt LB C Rt Q BLB R gLLB A 2 2 2222 22 9 如图 4 37 所示 单匝矩形线 圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中 线圈轴线 OO 与磁 场边界重合 线圈按图示方向匀速转动 ab 向纸外 cd 向纸内 若从图所示位置开始计时 并规定 电流方向沿 a b c d a 为正方向 则线圈内感应电流随时间变化的图象是下图中的哪一个 10 如图 4 38 所示 A 是长直密绕通电螺线管 小线圈 B 与电流表连接 并沿 A 的轴线 Ox 从 O 点自左向右匀速穿过螺线管 A 能正确反映通过电流表中电流 I 随 x 的变化规律的是 3 二 实验题 本题共 2 小题 共 16 分 将正确答案填在题中横线上或按要求作图 11 8 分 如图 4 39 所示器材可用来研究电磁感应现象及判定感应电流方向 1 4 分 在给出的实物图中 用实线作为导线将实验仪器连成实验电路 2 4 分 将线圈 L1插入 L2中 合上开关 能使感应电流与原电流的绕行方向相同的实验操作 是 A 插入软铁棒 B 拔出线圈 L C 使变阻器阻值变大D 断开开关 12 8 分 要测定一个自感系数很大的线圈 L 的直流电阻 实验室提供下列器材 待测线圈 L 阻值约为 5 Q 电流表 A1 量程 0 6 A 内阻约为 0 5 电流表 A2 量程 3 A 内阻约为 0 1 电压表 V1 量程 3 V 内阻约为 6 k 电压表 V2 量程 15 V 内阻约为 30 k 变阻器 R1 阻值为 0 10 变阻器 R2 阻值为 0 1 k 电池 E 电动势 6 V 内阻很小 开关 S 两个 导线若干 4 上面是测定线圈 L 直流电阻 RL的可供选择的两个电路图 为了使测量的数据较为准确 1 在图 4 40 给出的两种设计电路图中 由题意可知应选 图进行测量 电流表应选 电压表应选 滑动变阻器应选 填代号 2 某学生进行的实验步骤如下 按电路图连接好实验器材 合上开关 S2 Sl 移动滑动变阻器触头到适当位嚣 读出电流表 A 和电压表 V 的读数 I1 U1 移动滑动变阻器触头到适当位置 读出电流表 A 和电压表 V 的读数 I1 U2重复三次 先断开开关 S1 再断开开关 S2 拆除实验装置 整理好器材 上述实验步骤中有一步骤有错 指出什么错误 答 三 计算题 本题共 6 小题 共 64 分 解题时应写出必要的文字说明 方程式和重要演算步骤 只 写出最后答案的不能得分 有数值计算的题 答案中必须明确写出数值和单位 13 8 分 如图 4 41 所示 固定在匀强磁场中的水平导轨 ab cd 的间距 L1 0 5 m 金属棒 ad 与 导轨左端 cd 的距离 L2 0 8 m 整个闭合回路的电阻为 R 0 2 匀强磁场的方向竖直向下穿 过整个回路 ad 杆通过细绳跨过定滑轮接一个质量 m 0 04 kg 的物体 不计一切摩擦 现使磁 感应强度从零开始以 0 2T s 的变化率均匀地增大 求经过多长时间物体 m 刚好能离开地面 g 取 10 m s2 14 10 分 如图 4 42 所示 一根电阻为 R 0 6 的导线弯成一个圆形线圈 圆半径 r 1 m 圆形 线圈质量 m 1 kg 此线圈放在绝缘光滑的水平面上 在 y 轴右侧有垂直于线圈平面 B 0 5 T 的 匀强磁场 若线圈以初动能 E0 5 J 沿 X 轴方向滑进磁场 当进入磁场 0 5 m 时 线圈中产生的 电能为 Ee 3 J 求 1 此时线圈的运动速度 2 此时线圈与磁场左边缘两交接点间的电压 3 此时线圈加速度的大小 5 15 10 分 如图 4 43 所示 矩形刚性导线框处在磁感应强度为 B 0 5T 的匀 强磁场中 磁场方向垂直于线框所在的平面 线框的 ef 边与磁场区域的 边界线 OO 平行 已知线框的 ab 边 cd 边和 ef 边的长度都是 l1 0 5 m 它们的电阻分别是 R1 3 R2 3 和 R3 6 ac ce bd 和 df 边的长 度都是 l2 0 6 m 它们的电阻都可忽略不计 开始时整个线框都处在磁场 之中并以恒定的速度 v 10 m s 向磁场区域外移动 速度方向垂直于 OO 求 1 ef 边移出磁场而 cd 边尚未移出磁场的过程中 ab 边中的感应电流 I0 2 cd 边移出磁而 ab 边尚未移出磁场的过程中 ab 边中的感应电流 I0 3 整个线框从磁场内移到磁场外的过程中 作用于线框的 ab 边的安培力所做的功 W 16 10 分 两根足够长的光滑平行导轨与水平面的夹角 30 宽度 L 0 2 m 导轨间有与导轨 平面垂直的匀强磁场 磁感应强度 B 0 5 T 如图 4 44 所示 在导轨间接有 R 0 2 的电阻 一质量 m 0 01 kg 电阻不计的导体棒 ab 与导轨垂直放置 无初速释放后与导轨保持良好接 触并能沿导轨向下滑动 g 取 l0 m s2 I 1 求 AB 棒的最大速度 2 若将电阻 R 换成平行板电容器 其他条件不变 试判定棒的运动性质 若电容 C 1F 求棒释放后 4 s 内系统损失的机械能 6 17 12 分 如图 4 45 所示 半径为 r 电阻不计的两个半圆形光滑导轨并列竖直放只置 在轨道 左上方端 M N 间接有阻值为 R 的小电珠 整个轨道处在磁感应强度为 B 的匀强磁场中 两 导轨间距为 L 现有一质量为 m 电阻也足 R 的金属棒 ab 从 MN 处由静止释放 经一定时间 到达导轨上最低点 OO 此时速度为 v 1 指出金属棒 ab 从 MN 到 OO 的过程中 通过小电珠的电流方向和金属棒 ab 的速度大小变 化情况 2 求金属棒 ab 到达 OO 时 整个电路的瞬时电功率 3 求金属棒 ab 从 MN 到 OO 的过程中 小电珠上产生的热量 18 14 分 如图 4 46 所示 一半径为 r 的圆形导线框内有一匀强磁场 磁场方向垂直于导线框 所在平面 导线框的左端通过导线接一水平放置的平行金属板 两板间的距离为 d 板长为 l t 0 时 磁场的磁感应强度 B 从 B0开始均匀增大 同时 在板的左端且非常靠近 2 的位置 有一质量为 m 带电量为一 q 的液滴以初速度 v0水平向右射入两板间 该液滴可视为质点 1 要使该液滴能从两板问射出 磁感应强度随时间的变化率 K 应满足什么条件 2 要使该液滴能从两板问右端的中点射出 磁感应强度 B 与时间 t 应满足什么关系 7 专题四专题四 电磁感应与力学综合电磁感应与力学综合 1 A 2 B 3 B 4 ABC 5 AD 6 B 7 C 8 D 9 A 10 C 11 1 如图 4 48 所示 2 BCD 12 1 甲 A1 V1 R1 2 第四步有错误 应该是先断开开关 S2 再断开 S1 13 物体刚要离开地面时 其受到的拉力 F 等于它的重力 mg 而拉力 F 等于棒 ad 所受的安培力 即 mg BILl 其中 t t B B 感应电流由变化的磁场产生 R LL t B R S t B R E I 21 所以由上述两式可得 s B t B t LL mgR t10 2 2 1 14 1 由能量守恒 smvJEE mv e 22 2 0 2 2 进入磁场 0 5 m 时切割磁感线的有效长度感应电动势mrL33 在磁场内的圆弧长度为线圈总长的 内电阻外电VVBLE v 3235 0 3 1 2 0 3 R r 路电阻 A R E IR3 3 5 4 0 外 3 3 2 外 IRUab 3 F安 BIL 8 2 5 2 sma m BIL m F a 安 15 1 ef 边移出磁场而 cd 边尚未移出磁场过程中电路中感应电动势的产生仅由回路 cdfe 的磁通量变化而产生 故等效电路如图 4 49 由电磁感应定律得 电路中感应电动势 VVvBl t E5 2105 05 0 11 ab 与 cd 并联电阻 5 1 2 1 1 R r 干路中电流 A I Ia167 0 2 1 2 cd 边刚移出磁场而 ab 边尚未移出磁场的过程中等效电路如图 4 50 电路中感应电动势 VVvBl t E5 2105 05 0 12 cd 与 ef 并联电阻 2 63 63 32 32 2 RR RR r ab 中的电流即为干路电流 32 5 2 1 2 2 rR E IIa A 0 5A 3 如图 4 49 ab 边受安培力 Fa BIall 此安培力对 ab 做功 W1 Fal1 如图 4 50 ab 边受安培力 Fa BIa l 2 此安培力对 ab 做功 W2 Fa l2 而 W W1 W2 故 W Blll2 Ia Ia 0 5 0 5 0 6 0 167 0 5 J 0 10 J 16 1 设某时刻 ab 的速度为 v 则感应电动势 E BLv 电流强度 R BLv R E I 棒受安培力 R vLB BILFB 22 则由牛顿第二定律得 maFmg B sin ma R vLB mg 22 sin 当 a 0 时 有 sm LB mgR vm 0 1 sin 22 2 设 t 时刻棒的加速度为 a 速度为 v 产生的电动势为 E t t t 0 时刻 棒的速度为 v v 电动势为 E 则 E Blv E BL v v 9 t 内流过棒截面的电荷量 q C E E CBL v 电流强度 t v CBL t q I 棒受的安培力 aLCB t v LCBBILFa 2222 由牛顿第二定律 t 时刻对棒有 即maFmg B sin maaLCBmg 22 sin 故 故棒做匀加速直线运动 2 22 5 2 sin sm mLCB mg a 当 t 4 s 时 matxsmatv20 2 1 10 2 曲能量守恒 JmvmgxE5 0 2 1 sin 2 17 1 由右手定则可以判定 ab 棒中产生的感应电动势和感应电流的方向从 a 到 b 通过灯泡的电 流方向从 N 到 M ab 棒运动之初 由于曲棒切割速度较小 回路中产生的感应电动势和感应 电流较小 ab 受到安培力较小而重力沿轨道切线的分力较大 故曲棒所受合力 切线方向 较大 切向加速度较大 速度大小变化较快 随 ab 棒下滑速度的增加 回路中感应电动势 感应电 流 曲所受安培力逐渐增大 而重力沿轨道切线方向的分力逐渐减小 ab 棒沿轨道切线方向 的合力减小 切向加速度减小 速度增大较慢 特别当 ab 运动至接近轨道最低点时 重力沿 轨道切线方向的分力趋近于零 肯定小于安培力 故其切线方向的合力必和