2019届高考物理总复习第十章电磁感应突破全国卷9电磁感应中的力学综合问题的求解测试题

1、突破全国卷 9 电磁感应中的力学综合问题的求解命题命题规律规律近几年高考中对于电磁感应中的内容已成为必考，成为高考中的热点和重点.其中选修 3 5 纳入必考之后，动量定理和动量守恒定律在电磁感应中的应用会成为命题的新生点在高三复习中应该对该部分的知识点引起充分的重视.【重难解读】高考对法拉第电磁感应定律、楞次定律、左手定则及右手定则的考查一般会结合具体情况和过程命题， 主要方向： 结合函数图象， 结合电路分析，联系力学过程，贯穿能量守恒.杆 该题型知识跨度大， 思维综合性强，试题难度般比较大.如图所示，正方形单匝线框bcde边长L= 0.4 m，每边电阻相同，总电阻R= 0.16Q.J Z、)

2、一根足够长的绝缘轻质细绳跨过两个轻小光滑定滑轮，体P手持物体P使二者在空中保持静止，线框处在竖直面内线框的正上方有一有界匀强磁场，磁场区域的上、下边界水平平行，间距也为L= 0.4 m，磁感线方向垂直于线框所在平面向里，磁感应强度大小B= 1.0 T,磁场的下边界与线框的上边eb相距h= 1.6 m 现将系统由静止释放，线框向上运动过程中始终在同一竖直面内，eb边保持水平，刚好以v= 4.0m/s 的速度进入磁场并匀速穿过磁场区，重力加速度g= 10 m/s2，不计空气阻力.线框eb边进入磁场中运动时，e、b两点间的电势差Ub为多少？(2) 线框匀速穿过磁场区域的过程中产生的焦耳热Q为多少？(

3、3) 若在线框eb边刚进入磁场时，立即给物体P施加一竖直向下的力F,使线框保持进卜导轨或导线框是常见模型， 属于考查热点.典例（14分）端连接正方形线框， 另一端连接物【典题例证】尸尸: :K耳菖XK xx xX XX X M XK X X入磁场前的加速度匀加速运动穿过磁场区域，已知此过程中力F做功VW= 3.6 J,求eb边上产生的焦耳Qb为多少？3解析（1）线框eb边以v= 4.0 m/s 的速度进入磁场并匀速运动，产生的感应电动势克服安培力做功Wfe=F安X2L= 3.2 J .（6 分）为E=BLv= 1.6 V3e、b两点间的电势差Ub=；E= 1.2 V .（2） 法一： 线框进入

4、磁场后立即做匀速运动,E ” eI=R,解得F安=4 N（1 分）（1 分）并匀速穿过磁场区，线框受安培力F安=BLI,法二：设物体P质量为M线框质量为F安=（M- mg而I=Rm线框进入磁场后立即做匀速运动（1 分）4F安=BLI= 4 N线框进入磁场前，向上运动的加速度为a=2v=5 m/s2h（1分）又（M-n）g= （Wma（1 分）联立解得 M= 0.6 kg , m= 0.2 kg（1 分）对系统，根据动能定理有（M- mgX2LWfe=AEk= 0 而Q=W安故该过程中产生的焦耳热（Q= （ M-n）gX2L= 3.2 J .（1 分）（3）法一：设线框出磁场区域的速度大小为V1

5、，则联立得W W安=0（1分）而W安=Q故 Q = 3.6 J又Q= 12rtyr（1分）法二：因为线5过程中，线框和物体P的总机械能保持不变，故力热Q,即WF= Q,又Q= I2rt r,1故eb边上产生的焦耳热Qb=：Q= 0.9 J .4gTgrg用动力学观点、能量观点解答电磁感应问题的一般步骤【突破训练】1 如图所示，一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内，导轨间距I= 0.5 m 左端接有阻值R= 0.3Q的电阻一质量 仆 0.1 kg，电阻r= 0.1Q的金属棒MN放置在导 轨上，整个装置置于竖直向上的匀强磁场中，磁场的磁感应强度B= 0.4 T .金属棒在水平2向右的外力作用下

6、，由静止开始以a= 2 m/s 的加速度做匀加速运动，当金属棒的位移x= 9m 时撤去外力，棒继续运动一段距离后停下来，已知撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q : Q= 2 : 1.导轨足够长且电阻不计，金属棒在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触求:夕卜力做的功W.答案(1)1.2 V (2)3.2 J(3)0.9 JF做的功VF等于整个线框中产生的焦耳（3 分）（3 分）“运动壮态”安培力.舎外力加速逅动F=HILF濡=皿3度a狀态分析系统总能敗守用钱拉第电既感应定律和捋欢定律 确宝电胡勢的丸小和方向誉析根据力与远动的关系，判断出正确的“力”的（2）撤去外力后回路中产生的焦耳

7、热Q;6解析：（1）设金属棒匀加速运动的时间为 t,回路的磁通量的变化量为，回路中的平均感应电动势为E由法拉第电磁感应定律得7其中=BIx设回路中的平均电流为I，由闭合电路欧姆定律得ER+r则通过电阻R的电荷量为q=It联立式，得Blxq=R+r代入数据得q=4.5 C.(2) 设撤去外力时金属棒的速度为V,对于金属棒的匀加速运动过程，由运动学公式得v2= 2ax设金属棒在撤去外力后的运动过程中克服安培力所做的功为12W0-qmv撤去外力后回路中产生的焦耳热Q2=-W联立式，代入数据得Q2= 1.8 J .(3) 由题意知，撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q:Q= 2 : 1，可得Q= 3.

8、6 J 在金属棒运动的整个过程中，外力F克服安培力做功，由功能关系可知W=Q+Q由式得W= 5.4 J.答案：(1)4.5 C (2)1.8 J (3)5.4 J2.(2018 石家庄质检)如图甲所示，两根足够长的平行光滑金属导轨MN PQ被固定在水平面上，导轨间距l= 0.6 m 两导轨的左端用导线连接电阻R及理想电压表 V 电阻为r=2Q的金属棒垂直于导轨静止在AB处；右端用导线连接电阻R，已知R= 2Q,R= 1Q,导轨及导线电阻均不计在矩形区域CDF曲有竖直向上的磁场，CE=0.2 m,磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示.开始时电压表有示数，当电压表示数变为零后，对金属棒施加一水平向

9、右的恒力F,使金属棒刚进入磁场区域时电压表的示数又变为原来的值，金属棒在 磁场区域内运动的过程中电压表的示数始终保持不变.求：(1)t= 0.1 s 时电压表的示数；W由动能定理得8恒力 F 的大小；(3)从t= 0 时刻到金属棒运动出磁场的过程中整个电路产生的热量.9解析：(1)设磁场宽度为d=CE在 00.2 s 的时间内，有E= =普站=0.6 V 此时，R与金属棒并联后再与F2串联R= R并+FF?=1Q +1Q =2QEU= RR并=0.3 V.(2)金属棒进入磁场后，R与艮并联后再与r串联，有U0.45 A RzFA=BlI=1.00X0.45X0.6N= 0.27 N由于金属棒进

10、入磁场后电压表的示数始终不变，所以金属棒做匀速运动，所以恒力 的大小F=FA=0.27 N.(3)在 00.2 s 的时间内有E2Q= Rt= 0.036 J金属棒进入磁场后，有RR8十r=-R+艮十3E=IR= 1.2 VE=Blv,v= 2.0 m/s,d 0.2t= = s = 0.1 sv2Q= EIt= 0.054 J0总=Q十Q= 0.036 J 十 0.054 J = 0.09 J.答案：(1)0.3 V (2)0.27 N3. (2015 高考天津卷)如图所示，“凸”字形硬质金属线框质量为m相邻各边互相垂直，且处于同一竖直平面内，ab边长为I,cd边长为 2I,ab与cd平行，

11、间距为 2I.匀强磁场区域的上下边界均水 平，磁场方向垂直于线框所在平面开始时，cd边到磁场上边界的距离为2I，线框由静止=+R十(3)0.09 J10释放，从cd边进入磁场直到e仁pq边进入磁场前，线框做匀速运动，在e仁pq边离开磁场后，ab边离开磁场之前，线框又做匀速运动.线框完全穿过磁场过程中产生的热量为Q线框在下落过程中始终处于原竖直平面内，且ab、cd边保持水平，重力加速度为g.求：(1) 线框ab边将离开磁场时做匀速运动的速度大小是cd边刚进入磁场时的几倍；(2) 磁场上下边界间的距离H解析：(i)设磁场的磁感应强度大小为B, cd边刚进入磁场时，线框做匀速运动的速度为vi,cd边

12、上的感应电动势为E,由法拉第电磁感应定律，有E= 2Blvi设此时线框所受安培力为Fi,有Fi= 2IilBmg= Fi由式得V2= 4vi.(2)线框自释放直到cd边进入磁场前，由机械能守恒定律，有22mgl=gimv线框完全穿过磁场的过程中，由能量守恒定律，有2i2mg2l+F)= 2mv 2mv+Q由式得设线框总电阻为R此时线框中电流为由于线框做匀速运动，其受力平衡，有I设ab边离开磁场之前，线框做匀速运动的速度为V2，同理可得mgRV2=由2由式得11,由闭合电路欧姆定律，有Vi=11QH=+ 28l.mgQ答案：(1)4 倍 (2)+ 28lmg4如图所示，质量为M的导体棒ab，垂直放在相距为l的平行光滑金属导轨上，导轨 平面与水平面的夹角为0，并处于磁感应强度大小为B、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁12场中.左侧是水平放置、间距为d的平行金属板，R和Rx分别表示定值电阻和滑动变阻器的 阻值，不计其他电阻.(1)调节R=R,释放导体棒，当导体棒沿导轨匀速下滑时，求通过导体棒的电流I及导体棒的速率v.(2)改变R,待导体棒沿导轨再次匀速下滑后，将质量为m带电荷量为+q的微粒水平射入金属板间，若它能匀速通过，求此时的Rx.解析：(1)对匀速下滑的导体棒进行受力分析如图所示.导体棒匀速下滑,所以F安=Mgsin导体棒切割磁感线产生感应电动势E=Blv