高考物理二轮复习高分突破专题七电磁感应交变电流第24课时法拉第电磁感应定律的综合运用.docx

第24课时法拉第电磁感应定律的综合运用一、选择题(在每小题给出的四个选项中，至少有一项是符合题目要求的)1如图1所示，一载流长直导线和一矩形导线框固定在同一平面内，线框在长直导线右侧，且其长边与长直导线平行。已知在t0到tt1的时间内，直导线中电流i发生某种变化，而线框中感应电流总是沿顺时针方向；线框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右。设电流i正方向与图中箭头方向相同，则i随时间t变化的图线可能是图中的()图1解析本题题设要求线框中感应电流顺时针方向，根据楞次定律，可知框内磁场要么向里减弱(载流直导线中电流正向减小)，要么向外增强(载流直导线中电流负向增大)。线框受安培力向左时，载流直导线电流一定向上，线框受安培力向右时，载流直导线中电流一定向下。故本题答案选A。答案A2如图2，在光滑水平桌面上有一边长为L、电阻为R的正方形导线框；在导线框右侧有一宽度为d(dL)的条形匀强磁场区域，磁场的边界与导线框的一边平行，磁场方向竖直向下。导线框以某一初速度向右运动。t0时导线框的右边恰与磁场的左边界重合，随后导线框进入并通过磁场区域。下列vt图象中，可能正确描述上述过程的是()图2解析导线框开始进入磁场过程，通过导线框的磁通量增大，有感应电流，受到与运动方向相反的安培力作用，速度减小，感应电动势减小，感应电流减小，安培力减小，导线框的加速度减小，vt图线的斜率减小；导线框全部进入磁场后，磁通量不变，无感应电流，导线框做匀速直线运动；导线框从磁场中出来过程，有感应电流，又会受到安培力阻碍作用，速度减小，加速度减小。选项A表示匀速运动，不符合题意；选项B表示先匀减速再匀速最后匀减速，也不符合题意，选项C表示加速度减小的减速运动，不符合题意，正确选项为D。答案D3法拉第圆盘发电机的示意图如图3所示。铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触。圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中。圆盘旋转时，关于流过电阻R的电流，下列说法正确的是()图3A若圆盘转动的角速度恒定，则电流大小恒定B若从上向下看，圆盘顺时针转动，则电流沿a到b的方向流动C若圆盘转动方向不变，角速度大小发生变化，则电流方向可能发生变化D若圆盘转动的角速度变为原来的2倍，则电流在R上的热功率也变为原来的2倍解析设圆盘的半径为L，可认为圆盘由无数根辐条构成，则每根辐条切割磁感线产生的感应电动势EBL2，整个回路中的电源为无数个电动势为E的电源并联而成，电源总内阻为零，故回路中电流I，由此可见A正确；R上的热功率PI2R，由此可见，变为原来的2倍时，P变为原来的4倍，故D错；由右手定则可判知B正确；电流方向与导体切割磁感线的方向有关，而与切割的速度大小无关，故C错。答案AB4如图4所示，间距为L，电阻不计的足够长平行光滑金属导轨水平放置，导轨左端用一阻值为R的电阻连接，导轨上横跨一根质量为m、电阻也为R的金属棒，金属棒与导轨接触良好。整个装置处于竖直向上、磁感应强度为B的的匀强磁场中。现使金属棒以初速度v0沿导轨向右运动，若金属棒在整个运动过程中通过的电荷量为q。下列说法正确的是()图4A金属棒在导轨上做匀减速运动B整个过程中电阻R上产生的焦耳热为C整个过程中金属棒在导轨上发生的位移为D整个过程中金属棒克服安培力做的功为解析设某时刻的速度为v，则此时的电动势EBLv，安培力F安，由牛顿第二定律有F安ma，则金属棒做加速度减小的减速运动，选项A错误；由能量守恒定律知，整个过程中克服安培力做功等于电阻R和金属棒上产生的焦耳热之和，即W安Qmv，选项B、D正确；整个过程中通过金属棒的电荷量q，得金属棒在导轨上发生的位移x，选项C错误。答案BD5如图5所示，在水平桌面上放置两条相距为l的平行光滑导轨ab与cd，阻值为R的电阻与导轨的a、c端相连。质量为m、电阻也为R的导体棒垂直于导轨放置并可沿导轨自由滑动。整个装置放于匀强磁场中，磁场的方向竖直向上，磁感应强度的大小为B。导体棒的中点系一不可伸长的轻绳，绳绕过固定在桌边的光滑轻滑轮后，与一个质量也为m的物块相连，绳处于拉直状态。现若从静止开始释放物块，用h表示物块下落的高度(物块不会触地)，g表示重力加速度，其他电阻不计，则()图5A电阻R中的感应电流方向由c到aB物块下落的最大加速度为gC若h足够大，物块下落的最大速度为D通过电阻R的电荷量为解析由右手定则可知，电阻R中的感应电流方向由c到a，故A正确；物块刚下落时加速度最大，由牛顿第二定律有mg2mam，可得最大加速度为am，故B错误；把导体棒和物块m视为整体，当所受的安培力与物块m的重力平衡时，达到最大速度，即mg，所以vm，故C正确；通过电阻R的电荷量q，故D错误。答案AC6如图6所示，两根等高光滑的圆弧轨道，半径为r、间距为L，轨道电阻不计。在轨道顶端连有一阻值为R的电阻，整个装置处在一竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B。现有一根长度稍大于L、电阻不计的金属棒从轨道最低位置cd开始，在拉力作用下以初速度v0向右沿轨道做匀速圆周运动至ab处，则该过程中()图6A通过R的电流方向由外向内B通过R的电流方向由内向外CR上产生的热量为D流过R的电荷量为解析cd棒运动至ab处的过程中，闭合回路中的磁通量减小，再由楞次定律及安培定则可知，回路中电流方向为逆时针方向(从上向下看)，则通过R的电流为由外向内，故A对，B错；通过R的电荷量为q，D错；R上产生的热量为Qt，C对。答案AC二、非选择题7如图7甲所示，两根足够长的平行光滑金属导轨固定放置在水平面上，间距L0.2 m，一端通过导线与阻值为R1 的电阻连接；导轨上放一质量为m0.5 kg的金属杆，金属杆与导轨的电阻均忽略不计，整个装置处于竖直向上的大小为B0.5 T的匀强磁场中。现用与导轨平行的拉力F作用在金属杆上，金属杆运动的vt图象如图乙所示。(取重力加速度g10 m/s2)求： 图7(1)t10 s时拉力的大小；(2)t10 s时电路的发热功率。解析(1)由vt图象可知a0.4 m/s2，由牛顿第二定律FF安ma，F安BIL，EBLv，I，vat，联立以上各式得Fma，代入数据解得F0.24 N。(2)t10 s时，速度为4 m/s，电动势EBLv，电路的发热功率P0.16 W。答案 (1)0.24 N(2)0.16 W8如图8所示，足够长的固定平行粗糙金属双轨MN、PQ相距d0.5 m，导轨平面与水平面夹角30，处于方向垂直导轨平面向上、磁感应强度大小B0.5 T的匀强磁场中。长也为d的金属棒ab垂直于导轨MN、PQ放置，且始终与导轨接触良好，棒的质量m0.1 kg，电阻R0.1 ，与导轨之间的动摩擦因数，导轨上端连接电路如图所示。已知电阻R1与灯泡电阻R2的阻值均为0.2 ，导轨电阻不计，取重力加速度大小g10 m/s2。图8(1)求棒由静止刚释放瞬间下滑的加速度大小a；(2)假若棒由静止释放并向下加速运动一段距离后，灯L的发光亮度稳定，求此时灯L的实际功率P和棒的速率v。解析 (1)棒由静止刚释放的瞬间速度为零，不受安培力作用根据牛顿第二定律有mgsin mgcos ma，代入数据得a2.5 m/s2(2)由“灯L的发光亮度稳定”知棒做匀速运动，受力平衡，有mgsin mgcos BId代入数据得棒中的电流I1 A由于R1R2，所以此时通过小灯泡的电流I2I0.5 A，PIR20.05 W此时感应电动势EBdvI(R)得v0.8 m/s答案(1)2.5 m/s2(2)0.05 W0.8 m/s9如图9甲所示，一足够长且阻值不计的光滑平行金属导轨MN、PQ之间的距离L1.0 m，N、Q之间接有阻值为R1.0 的电阻，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨所在平面向上，导轨平面与水平面间的夹角30。一质量m0.20 kg、阻值r0.50 的金属棒垂直于导轨放置并用绝缘细线通过光滑的定滑轮与质量M0.60 kg的重物相连，细线与金属导轨平行，金属棒沿导轨向上滑行的速度v与时间t的关系如图乙所示，已知在00.3 s内通过金属棒的电荷量是0.30.6 s内通过金属棒的电荷量的，g10 m/s2，求：甲乙图9(1)00.3 s内金属棒通过的位移；(2)金属棒在00.6 s内产生的热量。解析(1)在0.30.6 s内通过金属棒的电荷量为q1I1t1在00.3 s内通过金属棒的电荷量为q2由题中电荷量关系得q1q2解得x20.3 m。(2)金属棒在00.6 s内通过的总位移为xx1x2vt1x2根据能量守恒定律得Mgxmgxsin Q(Mm)v2解得Q2.85 J由于金属棒与电阻R串联，通过的电流相等，根据焦耳定律可得它们产生的热量与电阻成正比，所以金属棒在00.6 s内产生的热量为QrQ0.95 J。答案(1)0.3 m(2)0.95 J10如图10所示，在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨，导轨间距为L，长为3d，导轨平面与水平面的夹角为，在导轨的中部刷有一段长为d的薄绝缘涂层。匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向与导轨平面垂直。质量为m的导体棒从导轨的顶端由静止释放，在滑上涂层之前已经做匀速运动，并一直匀速滑到导轨底端。导体棒始终与导轨垂直，且仅与涂层间有摩擦，接在两导轨间的电阻为R，其他部分的电阻均不计，重力加速度为g。求：图10(1)导体棒与涂层间的动摩擦因数；(2)导体棒匀速运动的速度大小v；(3)整个运动过程中，电阻产生的焦耳热Q。解析(1)在绝缘涂层上运动时，受力平衡，则有mgsin mgcos 解得：tan (2)在光滑导轨上匀速运动时，导体棒产生的感应电动势为：EBLv则电路中的感应电流I导体棒所受安培力F安BIL且由平衡条件得F安mgsin 联立式，解得v(3)从开始下滑到滑至底端由能量守恒定律得：3mgdsin QQfmv2摩擦产生的内能Qfmgdcos 联立解得Q2mgdsin 答案(1)tan (2)(3)2mgdsin 11如图11甲所示，“”形线框竖直放置，电阻不计。匀强磁场方向与线框平面垂直，一个质量为m、阻值为R的光滑导体棒AB，紧贴线框下滑，所达到的最大速度为v。现将该线框和磁场同时旋转一个角度放置在倾角为的斜面上，如图乙所示。图11(1)在斜面上导体棒由静止释放，在下滑过程中，线框一直处于静止状态，求导体棒的最大速度；(2)导体棒在下滑过程中线框保持静止，求线框与斜面之间的动摩擦因数所满足的条件(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)；(3)现用一个恒力F2mgsin 沿斜面向上由静止开始拉导体棒，通过距离s时导体棒已经做匀速运动，线框保持不动，求此过程中导体棒上产生的焦耳热。解析 (1)线框竖直时，对导体