2012高考物理单元卷 电磁感应规律的综合应用

用心 爱心 专心1 第四模块第四模块 第第 9 9 章章 第第 3 3 单元单元 一 选择题 图 14 1 边长为h的正方形金属导线框 从如图 14 所示的初始位置由静止开始下落 通过 一匀强磁场区域 磁场方向是水平的且垂直于线框平面 磁场区域宽度等于H 上下边界 如图 14 中水平虚线所示 H h 从线框开始下落到完全穿过磁场区域的整个过程中 A 线框中总是有感应电流存在 B 线框受到的磁场力的合力的方向有时向上 有时向下 C 线框运动的加速度方向始终是向上的 D 线框速度的大小不一定总是在增大 解析 因H h 当导线框全部进入磁场时 磁通量不变 无感应电流 以加速度g做 匀加速运动 线框从磁场下边界穿出时 可能做减速运动 故 D 正确 答案 D 图 15 2 如图 15 所示 在一匀强磁场中有一 U 形导线框abcd 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 它可在ab cd上无摩擦地滑 动 杆ef及线框中导线的电阻都可不计 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将匀减速向右运动 最后停止 用心 爱心 专心2 C ef将匀速向右运动 D ef将往返运动 解析 ef向右运动 切割磁感线 产生感应电动势和感应电流 会受到向左的安培力 而做减速运动 直到停止 但不是匀减速 由F BIL ma知 ef做的是加速度减 B2L2v R 小的减速运动 故 A 正确 答案 A 图 16 3 如图 16 所示 竖直平面内有一金属环 半径为a 总电阻为R 指拉直时两端的电 阻 磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过环平面 与环的最高点A用铰链连接长度为 2a 电阻为 的导体棒AB AB由水平位置紧贴环面摆下 当摆到竖直位置时 B点的线速 R 2 度为v 则这时AB两端的电压大小为 A B Bav 3 Bav 6 C D Bav 2Bav 3 解析 摆到竖直位置时 AB切割磁感线的瞬时感应电动势E B 2a v Bav 由闭 1 2 合电路欧姆定律 UAB Bav 故选 A E R 2 R 4 R 4 1 3 答案 A 图 17 4 如图 17 所示 质量为m 高为h的矩形导线框在竖直面内下落 其上下两边始终 用心 爱心 专心3 保持水平 途中恰好匀速穿过一有理想边界 高亦为h的匀强磁场区域 线框在此过程中 产生的内能为 A mgh B 2mgh C 大于mgh而小于 2mgh D 大于 2mgh 解析 因线框匀速穿过磁场 在穿过磁场的过程中合外力做功为零 克服安培力做功 为 2mgh 产生的内能亦为 2mgh 故选 B 答案 B 5 如图 18 所示 两光滑平行金属导轨间距为L 直导线MN垂直跨在导轨上 且与导 轨接触良好 整个装置处于垂直于纸面向里的匀强磁场中 磁感应强度为B 电容器的电容 为C 除电阻R外 导轨和导线的电阻均不计 现给导线MN一初速度 使导线MN向右运 动 当电路稳定后 MN以速度v向右做匀速运动时 A 电容器两端的电压为零 B 电阻两端的电压为BLv C 电容器所带电荷量为CBLv D 为保持MN匀速运动 需对其施加的拉力大小为 B2L2v R 图 18 解析 当棒匀速运动时 电动势E BLv不变 电容器不充电也不放电 无电流产生 故电阻两端没有电压 电容器两板间的电压为U E BLv 所带电荷量Q CU CBLv 故选 项 C 是正确的 答案 C 6 粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中 磁场方向垂直于线框平 面 其边界与正方形线框的边平行 现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移出磁 场 如下图所示 则在移出过程中线框的一边a b两点间电势差绝对值最大的是 用心 爱心 专心4 解析 线框切割磁感线 导体长度相同 感应电动势和电流大小相同 设线框每边电 阻为R 则 A 选项Uab IR B 选项Uab I 3R C 选项Uab IR D 选项Uab IR 故选 B 答案 B 7 如图 19 所示 平行导轨与水平地面成 角 沿水平方向横放在平行导轨上的金属 棒ab处于静止状态 现加一个竖直向下的匀强磁场 且使磁场的磁感应强度逐渐增大 直 ab开始运动 在运动之前金属棒ab受到的静摩擦力可能是 A 逐渐减小 方向不变 B 逐渐增大 方向不变 C 先减小后增大 方向发生变化 D 先增大后减小 方向发生变化 解析 加磁场前金属棒ab受力如图 20 的 f mgsin 当加磁场后由楞次定律可 以判断回路感应电流的方向为逆时针 磁场会立即对电流施加力的作用 金属棒ab的受力 如图 f mgsin f安cos 很显然金属棒ab后来受到的静摩擦力大于开始时的静 摩擦力 故 B 项正确 图 20 答案 B 8 在竖直向上的匀强磁场中 水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈 规定线圈中感 应电流的正方向如图 21 甲所示 当磁场的磁感应强度B随时间t做如图 21 乙变化时 下 列选项中能正确表示线圈中感应电动势E变化的是 用心 爱心 专心5 图 21 解析 由图 21 乙知 0 1 s 内磁通量向上均匀增加 由楞次定律知电流方向为正方向 且保持不变 3 s 5 s 内磁通量向下均匀减小 由楞次定律知电流方向为负方向且保持不变 由法拉第电磁感应定律知感应电动势大小与磁通量变化率成正比 故 3 s 5 s 内的电 动势是 0 1 s 内电动势的 应选 A 1 2 答案 A 9 如图 22 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 悬挂拉力为FT 图 22 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 用心 爱心 专心6 解析 设两板间的距离为L 由于向左运动过程中竖直板切割磁感线 产生动生电动 势 由右手定则判断下板电势高于上板 动生电动势大小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 答案 A 10 2009 年福建卷 如图 23 所示 固定放置在同一水平面内的两根平行长直金属导 轨的间距为d 其右端接有阻值为R的电阻 整个装置处在竖直向上磁感应强度大小为B 的匀强磁场中 一质量为m 质量分布均匀 的导体杆ab垂直于导轨放置 且与两导轨保持 良好接触 杆与导轨之间的动摩擦因数为 现杆在水平向左 垂直于杆的恒力F作用下 从静止开始沿导轨运动距离l时 速度恰好达到最大 运动过程中杆始终与导轨保持垂直 设杆接入电路的电阻为r 导轨电阻不计 重力加速度大小为 g 则此过程 A 杆的速度最大值为 F mg R B2d2 B 流过电阻R的电量为 Bdl R r C 恒力F做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的变化量 D 恒力F做的功与安培力做的功之和大于杆动能的变化量 解析 当杆的速度达到最大时 安培力F安 杆受力平衡 故F mg F安 B2d2v R r 0 所以v 选项 A 错 流过电阻R的电量为 F mg R r B2d2 q It 选项 B 对 根据动能定理 恒力F 安培力 摩擦力做功的代数和等 R r Bdl R r 于杆动能的变化量 由于摩擦力做负功 所以恒力F 安培力做功的代数和大于杆动能的 变化量 选项 C 错 D 对 用心 爱心 专心7 答案 BD 二 计算题 11 矩形线圈abcd 长ab 20 cm 宽bc 10 cm 匝数n 200 线圈回路总电阻 R 5 整个线圈平面内均有垂直于线框平面的匀强磁场穿过 若匀强磁场的磁感应强度 B随时间t的变化规律如图 24 所示 求 1 线圈回路中产生的感应电动势和感应电流 2 当t 0 3 s 时 线圈的ab边所受的安培力大小 3 在 1 min 内线圈回路产生的焦耳热 解析 1 磁感应强度的变化率 T s 0 5 T s B t 20 5 10 2 0 3 感应电动势为 E n nS 200 0 1 0 2 0 5 V 2 V t B t 感应电流为I A 0 4 A E R 2 5 2 当t 0 3 s 时 磁感应强度B 0 2 T 则安培力为 F nBIl 200 0 2 0 4 0 2 N 3 2 N 3 Q I2Rt 0 42 5 60 J 48 J 答案 1 2 V 0 4 A 2 3 2 N 3 48 J 12 如图 25 所示 MN PQ两条平行的光滑金属轨道与水平面成 角固定 轨距为d 空间存在匀强磁场 磁场方向垂直于轨道平面向上 磁感应强度为B P M间所接电阻阻值 为R 质量为m的金属杆ab水平放置在轨道上 其有效电 阻为r 现从静止释放ab 当它沿轨道下滑距离时 达到最大速度 若轨道足够长且电 阻不计 重力加速度为g 求 用心 爱心 专心8 1 金属杆ab运动的最大速度 2 金属杆ab运动的加速度为gsin 时 电阻R上的电功率 1 2 3 金属杆ab从静止到具有最大速度的过程中 克服安培力所做的功 解析 1 当杆达到最大速度时F mgsin 安培力F BId 感应电流I E R r 感应电动势E Bdvm 解得最大速度vm mg R r sin B2d2 2 当ab运动的加速度为gsin