2021届高三物理一轮复习电磁感应8：力电综合③线框模型答案

2021届高三物理一轮复习电磁感应8：力电综合③线框模型班级 ^y^^^w^__座号姓名 一、选择题1.（2013•新课标全国『16）如图4,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（d>L）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，t=0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v-t图象中，-t图象中，可能正确描述上述过程的是（）图4【答案】D【解析】导线框进入磁场的过程中，线框受到向左的安培力作用，根据E=BLv、I=E、F=BIL得F=电,RR随着v的减小，安培力F减小，导线框做加速度逐渐减小的减速运动.整个导线框在磁场中运动时，无感应电流，导线框做匀速运动，导线框离开磁场的过程中，根据F=竺学，导线框做加速度减小的减速运动，所R以选项D正确.TOC\o"1-5"\h\z2.（多选）如图所示，在光滑水平面上，有竖直向下的匀强磁场，分布在宽度为L的区域内，两个边长均为a（a<L）的单匝闭合正方形线圈甲和乙，分别用相同材料不同粗细的导线绕制而成（甲为细导线），将线圈置于光滑水平面上且位于磁场的左边界，并使两线圈获得大小相等、方向水平向右的 ： ：初速度v0,若甲线圈刚好能滑离磁场，则（） 甲为：：：；A.乙线圈也刚好能滑离磁场 UjtI1B.两线圈进入磁场过程中通过导线横截面积电量相同 Z|—jxxx；C.两线圈完全进入磁场速度相同，等于v0/2 1D.甲线圈进入磁场过程中产生热量Q1与离开磁场过程中产生热量Q2之比为Q1：Q2=3 —；【答案】ACD【解析】对甲线圈进入的过程和离开磁场的过程，将两过程一并处理，就有一二二一二三二二：；（动量定理），以；一了代入就得到 ,所以:三:・二：=三：：,而•5 =16a'2Dp与 与线圈横截面积无关（口为密度），由此可见由于乙线圈唯一与甲线圈的= ——=16MDq区别就是粗细不同，而 >' 与线圈横截面积无关，所以线圈乙也刚好能离开磁场，A正确；因为乙的电阻小于甲的电阻，进人时一二相同由公式q=R可知q不相同第1页，共7页假设初速度为V0完全进入磁场时V1日/工丫 AV根据F安='二ma=m受曳面竺进入过程：工="-:三EVt=m£-「 £V4="a"（边长a）求和公式b2三a二m二一二——（1）BW出去过程：同理：三a=m（v1-0）——（2）所以：v0=2v11 mQ1='m（<--）=■m<Q2='m<最终：Q1:Q2=3：1因为甲乙质量不同根据动能定理可知进入时热量不同.（2013•福建卷）如图，矩形闭合导体线框在匀强磁场上方，由不同高度静止释放，用t「％2分别表示线框ab边和cd边刚进入磁场的时刻.线框下落过程形状不变，ab边始终保持与磁场水平边界线0。平行，线框平面与磁场方向垂直.设。。下方磁场区域足够大，不计空气的影响，则下列哪一个图象不可能反映线框下落过程中速度v随时间t变化的规律（ ）【答案】A【解析】线框在。~11这段时间内做自由落体运动，v-t图象为过原点的倾斜直线，12之后线框完全进入磁场区域中，无感应电流，线框不受安培力，只受重力，线框做匀加速直线运动，v-t图象为倾斜直线.tr12这段时间线框受到安培力作用，线框的运动类型只有三种，即可能为匀速直线运动、也可能为加速度逐渐减小的加速直线运动，还可能为加速度逐渐减小的减速直线运动，而A选项中，线框做加速度逐渐增大的减速直线运动是不可能的，故不可能的v-t图象为A选项中的图象..（多选）（2017海南物理）如图，空间中存在一匀强磁场区域，磁场方向与竖直面（纸..,面）垂直，磁场的上、下边界（虚线）均为水平面；纸面内磁场上方有一个正方形导线框abcd, 匚|‘其上、下两边均为磁场边界平行，边长小于磁场上、下边界的间距。若线框自由下落，从ab\边进入磁场时开始，直至ab边到达磁场下边界为止，线框下落的速度大小可能（）第2页，共7页

A.始终减小 B.始终不变 C.始终增加 D.先减小后增加【答案】CD【解析】解：A、导线框开始做自由落体运动，ab边以一定的速度进入磁场，ab边切割磁场产生感应电流，根据左手定则可知ab边受到向上的安培力，当安培力大于重力时，线框做减速运动，当线框完全进入磁场后,线框不产生感应电流，此时只受重力，做加速运动，故先减速后加速运动，故A错误、D正确；B、当ab边进入磁场后安培力等于重力时，线框做匀速运动，当线框完全进入磁场后，线框不产生感应电流,此时只受重力，做加速运动，故先匀速后加速运动，故A错误；C、当ab边进入磁场后安培力小于重力时，线框做加速运动，当线框完全进入磁场后，线框不产生感应电流,此时只受重力，做加速增大的加速运动，故加速运动，故C正确；.（2010年理综安徽）如图所示，水平地面上方矩形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，两个边长相等的一口皿4h1x"V"x"x；!xxxx：单匝闭合正方形线圈I和n,分别用相同材料，不同粗细的导线绕制（I为细导线）。两线圈在距磁场上界面h高处由静止开始自由下落，再进入磁场，最后落到地面。运动过程中，线圈平面始终保持在竖直平面内且下边缘平行于磁场上边界。设线圈1、n落地时的速度大小分别为匕、一口皿4h1x"V"x"x；!xxxx：B-v1K2，Q1=Q2D-v1=v2，Q1<Q2【答案】D【解析】由于从同一高度下落，到达磁场边界时具有相同的速度v，切割磁感线产生感应电流同时受到磁场的安培力F=BIl=竺F，又R=pS（p为材料的电阻率，l为线圈的边长），所以安培力F=等，此时加速度a=g-F，，且m=p^S.41,（p0为材料的密度），所以加速度a=g--B2V-，是定值，线圈工和口同步m 0 0 16pp0运动，落地速度相等V=v2。由能量守恒可得：Q=mg（h+H）-1mv2，（H是磁场区域的高度），线圈工为12 2细导线m小，产生的热量小，所以Q1<Q2。正确选项D。.（2017•永州三模）（多选）如图⑥所示，在光滑水平面上放置一质量为1kg的单匝均匀正方形铜线框，线框边长为0.1m.在虚线区域内有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为号T.现用恒力F拉线框，线框到达1位置时，以速度v0=3m/s进入匀强磁场并开始计时.在t=3s时刻线框到达2位置开始离开匀强磁场.此过程中v-t图像如图（切所示，那么（的：的：xA.t=0时刻线框右侧边两端MN间的电压为0.75VB.恒力F的大小为0.5NC.线框完全离开磁场的瞬间的速度大小为3m/s第3页，共7页D.线框完全离开磁场的瞬间的速度大小为1m/s【答案】AB【解析】A项，t=0时，MN的速度为v0=3m/s,设此时感应电动势为E、感应电流为I,则有:E二BLvEI二 R+rUMN=E-kR=3r ③解得：UMN=0.75V,故A项正确；B项，在1〜3内物体做匀变速直线运动，此过程中物体在水平方向仅受外力F,根据牛顿第二定律结合（b）图可得:F二ma=0.5N,故B项正确；C、D项，由（b）图像可以看出，t=3s时刻线框达到2位置开始离开磁场时与线框进入磁场时速度相同.则线框穿出磁场与进入磁场运动情况完全相同，则可知线框完全离开磁场的瞬时速度与t=2s时刻的速度相等，即为2m/s,故C项错误、D项错误..（多选）如图所示，空间存在一有边界的条形匀强磁场区域，磁场方向与竖直平面（纸面）垂直磁场边界的间距为L。一个质量为m、边长也为L的正方形导线框沿竖直方向运动,线框所在平面始终与磁场方向垂直,且线框上、下边始终与磁场的边界平行。t=0时刻导线框的上边恰好与磁场的下边界重合（图中位置）,导线框的速度为v0。经历一段时间后，当导线框的下边恰好与磁场的上边界重合时（图中位置口），导线框的速度刚好为零.此后,导线框下落,经过一段时间回到初始位置（不计空气阻力），则（）A.上升过程中，导线框的加速度逐渐减小 -；-二：「4-；［•）b.上升过程克服重力做功的平均功率小于下降过程重力的平均功率 -"irn二"一c.上升过程中线框产生的热量比下降过程中线框产生的热量的多 411卜口D.上升过程中合力做的功与下降过程中合力做的功相等【答案】ACTOC\o"1-5"\h\z.（多选）如图所示，质量为3m的重物与一质量为m的线框用一根绝缘细线连接起来，挂在两个高度相同的定滑轮上，已知线框的横边边长为L,水平方向匀强磁场的磁感应强度为B,磁场上下边界的距离、线框竖直边长均为h.初始时刻，磁场的下边缘和线框上边缘的高度差 ,为2h,将重物从静止开始释放，线框上边缘刚进磁场时，恰好做匀速直线运动，滑轮质量、摩擦阻力均不计.则下列说法中正确的是（ ） 输白,,工让彳A.线框进入磁场时的速度为而h |3^b.线框的电阻为Bmgj2ghC.线框通过磁场的过程中产生的热量Q=2mgh 'D.线框通过磁场的过程中产生的热量Q=4mgh【答案】ABD【解析】从初始时刻到线框上边缘刚进入磁场，由机械能守恒定律得3mgx2h=mgx2h+4mv2/2,解得线框刚进入磁场时的速度―；12gh,故A项正确；线框上边缘刚进磁场时，恰好做匀速直线运动，故受合力为零,3mg=BIL+mg,I=BLv/R,解得线框的电阻R=歌•/看，故B项正确；线框匀速通过磁场的距离为2h,2mg第4页，共7页

产生的热量等于系统重力势能的减少，即Q=3mgx2h-mgx2h=4mgh,故C项错误，D项正确..（多选）（2016河南八市三次联考）如图所示，正方形金属线圈abcd平放在粗糙水平传送带上，被电动机带动一起以速度v匀速运动，线圈边长为L,电阻为R,质量为m,有一边界长度为2L的正方形磁场垂直于传送带，磁感应强度为B,线圈穿过磁场区域的过程中速度不变，下列说法中正确的是（）A.线圈穿出磁场时感应电流的方向沿abcdaB.线圈进入磁场区域时受到水平向左的静摩擦力，穿出区域时受到水平向右的静摩擦力C.线圈经过磁场区域的过程中始终受到水平向右的静摩擦力D.线圈经过磁场区域的过程中，电动机多消耗的电能为2BB：3vR【答案】AD【解析】正方形金属线圈abcd穿出磁场区域时,磁通量减小，根据楞次定律，线圈中感应电流的方向沿abcda,选项A正确；线圈进入磁场区域时，bc边切割磁感线，产生感应电流的方向是c-b,受到的安培力水平向左,根据二力平衡可知，静摩擦力向右，穿出区域时，ad边切割磁感线，产生d-a方向的感应电流，受到的安培力水平向左，根据二力平衡可知，线圈受到的静摩擦力向右，选项B错误；线圈abcd全部在磁场中运动时，不产生感应电流，线圈不受摩擦力作用，选项C错误；线圈经过磁场区域的过程中，电动机多消耗的电能W=2FL=2BR3V,选项d正确。.（多选）（2015・永州三模）如图4所示，在倾角为9的光滑斜面上，存在着两个磁感应强度大小均为B的匀强磁场区域.区域I的磁场方向垂直斜面向上，区域H的磁场方向垂直斜面向下，磁场边界MN、PQ、GH均平行于斜面底边，MP、PG的长度均为L.一个质量为m、电阻为R、边长也为L的正方形导线框，由静止开始沿斜面下滑，下滑过程中ab边始终与斜面底边平行.%1时刻ab边刚越过GH进入磁场I区域，此时导线框恰好以速度v1做匀速直线运动；Z2时刻ab边下滑到PQ与MN的中间位置，此时导线框又恰好以速度v2做匀速直线运动.重力加速度为g，下列说法正确的是（） 「A.当ab边刚越过PQ时，导线框的加速度大小为a=gsin9 J.二” 「B.导线框两次做匀速直线运动的速度之比v1:v2=4：1C.从11到12的过程中，导线框克服安培力做的功等于机械能的减少量 -1"D.从11到%2的过程中，有吗产的机械能转化为电能 '二二二……一【答案】BC【解析】当ab边刚越过PQ时，由于两个边的切割磁感线产生的感应电动势方向相同，故电流增加为2倍，ab边的安培力增加为原来的2倍，cd边也有了安培力，故加速度不为gsin9,故A错误；第一次，根据平衡条件，有：mgsin9-B2L2v1=0,第二次，根据平衡条件，有：mgsin9-2XB（2BLv2）l=0,联立解得：％：匕R R 12=4：L故B正确；从11到%2的过程中，根据功能关系，导线框克服安培力做的功等于机械能的减少量，故C正确；从11到12的过程中，有四产+mg•%的机械能转化为电能，故D错误.二、计算题11.（2018•元阳县第一中学高二月考）如图所示，在空中有一水平方向的匀强磁场区域，区域的上下边缘间距为h，磁感应强度为B.有一长度为L、宽度为b（b<h）、电阻为R、质量为m的矩形线圈紧贴磁场区域第5页，共7页的上边缘从静止起竖直下落，当线圈的下边穿出磁场时，恰好以速率v匀速运动.已知重力加速度为g，求上b又 比 K|b(1)线圈匀速运动的速率v；(2)穿过磁场区域过程中，线圈中产生的热量Q；(3)线圈穿过磁场区域所经历的时间t.【答案】(1)线圈匀速运动的速率v为」患；BL322(2)穿过磁场区域过程中，线圈中产生的热量Q为mg(b+h)-旦与与；2B4Ly(3)线圈穿过磁场区域所经历的时间t是H+里L上.E'LdwgR【解析】试题分析：(1)当线圈的下边穿出磁场时，恰好做匀速运动，重力与安培力二力平衡，由平衡条件22和安培力的表达式fa=结合，可求得线圈匀速运动的速率v.(2)穿过磁场区域过程中，线框的机械能减小转化为内能，根据能量守恒定律求解线圈中产生的热量Q.(3)线圈进入磁场过程中，由牛顿第二定律和加速度的定义式结合，运用积分法求解时间；线圈完全进入磁场的过程，磁通量不变，没有感应电流产生，不受安培力，线框做匀加速运动，加速度为g，由