2020屆高三物理一輪復(fù)習(xí)收尾二輪專題突破檢測(cè) 電磁感應(yīng)規(guī)律及其應(yīng)用

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1、電磁感應(yīng)規(guī)律及其應(yīng)用 (45分鐘　100分) 一、選擇題(本大題共7小題,每小題9分,共63分。多選題已在題號(hào)后標(biāo)出) 1.朝南的鋼窗原來(lái)關(guān)著,今將它突然朝外推開(kāi),轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)小于90°的角度,考慮到地球磁場(chǎng)的影響,則鋼窗活動(dòng)的一條邊中(西邊)(　　) A.有自下而上的微弱電流 B.有自上而下的微弱電流 C.有微弱電流,方向是先自上而下,后自下而上 D.有微弱電流,方向是先自下而上,后自上而下 2.(多選)(2020·資陽(yáng)二模)如圖所示,水平面內(nèi)兩根光滑的平行金屬導(dǎo)軌,左端與電阻R相連接,勻強(qiáng)磁場(chǎng)B豎直向下分布在導(dǎo)軌所在的空間內(nèi),一定質(zhì)量的金屬棒垂直于導(dǎo)軌并與導(dǎo)軌接觸良好。若對(duì)金

2、屬棒施加一個(gè)水平向右的外力F,使金屬棒從a位置由靜止開(kāi)始向右做勻加速運(yùn)動(dòng)并依次通過(guò)位置b和c。若導(dǎo)軌與金屬棒的電阻不計(jì),a到b與b到c的距離相等,則下列關(guān)于金屬棒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的說(shuō)法正確的是(　　) A.在從a到b與從b到c的兩個(gè)過(guò)程中,通過(guò)電阻R的電量之比為1∶1 B.在從a到b與從b到c的兩個(gè)過(guò)程中,電阻R上產(chǎn)生的熱量之比為1∶1 C.金屬棒通過(guò)b、c兩位置時(shí),電阻R消耗的功率之比為1∶2 D.金屬棒通過(guò)b、c兩位置時(shí),外力F做功的功率之比為1∶2 3.(2020·綿陽(yáng)二模)矩形導(dǎo)線框abcd放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感線方向與線圈平面垂直,磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化的圖像如圖所示,t=0時(shí)刻

3、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向里。若規(guī)定導(dǎo)線框中感應(yīng)電流逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?則在0～4s時(shí)間內(nèi)線框中的感應(yīng)電流I以及線框的ab邊所受安培力F隨時(shí)間變化的圖像為圖中的(安培力取向上為正方向)(　　) 4.(多選)如圖所示的電路中,兩根光滑金屬導(dǎo)軌平行放置在傾角為θ的斜面上,導(dǎo)軌下端接有電阻R,導(dǎo)軌電阻不計(jì),斜面處在豎直向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,電阻可略去不計(jì)的金屬棒ab質(zhì)量為m,受到沿斜面向上且與金屬棒垂直的恒力F的作用,金屬棒沿導(dǎo)軌勻速下滑,則它在下滑h高度的過(guò)程中,以下說(shuō)法正確的是(　　) A.作用在金屬棒上各力的合力做功為零 B.重力做功將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能 C.重力與恒力F做功

4、的代數(shù)和等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱 D.金屬棒克服安培力做的功等于重力與恒力F做的總功與電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱之和 5.(2020·煙臺(tái)一模)如圖甲所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直紙面向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B,磁場(chǎng)在y軸方向足夠?qū)?在x軸方向?qū)挾葹閍。一直角三角形導(dǎo)線框ABC(BC邊的長(zhǎng)度為a)從圖示位置向右勻速穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域,以逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)殡娏鞯恼较?在圖乙中感應(yīng)電流i、BC兩端的電壓UBC與線框移動(dòng)的距離x的關(guān)系圖像正確的是(　　) 6.(2020·海南高考)如圖,水平桌面上固定有一半徑為R的金屬細(xì)圓環(huán),環(huán)面水平,圓環(huán)每單位長(zhǎng)度的電阻為r;空間有一勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向豎直向下;一長(zhǎng)

5、度為2R、電阻可忽略的導(dǎo)體棒置于圓環(huán)左側(cè)并與環(huán)相切,切點(diǎn)為棒的中點(diǎn)。棒在拉力的作用下以恒定加速度a從靜止開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)過(guò)程中棒與圓環(huán)接觸良好。下列說(shuō)法正確的是(　　) A.拉力的大小在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中保持不變 B.棒通過(guò)整個(gè)圓環(huán)所用的時(shí)間為 C.棒經(jīng)過(guò)環(huán)心時(shí)流過(guò)棒的電流為 D.棒經(jīng)過(guò)環(huán)心時(shí)所受安培力的大小為 7.(多選)(2020·棗莊一模)如圖甲所示,abcd是位于豎直平面內(nèi)的正方形閉合金屬線框,金屬線框的質(zhì)量為m,電阻為R,在金屬線框的下方有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,MN和PQ是勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域的水平邊界,并與線框的bc邊平行,磁場(chǎng)方向垂直于線框平面向里。現(xiàn)使金屬線框從MN上方某一高度處由靜止開(kāi)

6、始下落,圖乙是金屬線框由開(kāi)始下落到完全穿過(guò)勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域瞬間的v-t圖像,圖像內(nèi)數(shù)據(jù)均為已知量。重力加速度為g,不計(jì)空氣阻力。下列說(shuō)法正確的是(　　) A.金屬線框剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)感應(yīng)電流方向沿adcba方向 B.金屬線框的邊長(zhǎng)為v1(t2-t1) C.磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 D.金屬線框在0～t4的時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的熱量為 mgv1(t2-t1)+m(-) 二、計(jì)算題(本大題共2小題,共37分。需寫(xiě)出規(guī)范的解題步驟) 8.(17分)(2013·樂(lè)山二模)如圖甲所示,“”形線框豎直放置,電阻不計(jì)。勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向與線框平面垂直,一個(gè)質(zhì)量為m,阻值為R的光滑導(dǎo)體棒AB,緊貼線框滑下,所達(dá)到的最大

7、速度為v?，F(xiàn)將該線框和磁場(chǎng)同時(shí)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度放置在傾角為θ的斜面上,如圖乙所示。 (1)在斜面上導(dǎo)體棒由靜止釋放,在下滑過(guò)程中,線框一直處于靜止?fàn)顟B(tài),求導(dǎo)體棒的最大速度v1; (2)在導(dǎo)體棒下滑過(guò)程中線框保持靜止,求線框與斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ所滿足的條件(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力); (3)現(xiàn)用一個(gè)恒力F=2mgsinθ沿斜面向上由靜止開(kāi)始拉導(dǎo)體棒,通過(guò)距離s時(shí)導(dǎo)體棒已經(jīng)做勻速運(yùn)動(dòng),線框保持不動(dòng),求此過(guò)程中導(dǎo)體棒上產(chǎn)生的焦耳熱。 9.(20分)(2020·西城一模)如圖所示,兩條光滑的金屬導(dǎo)軌相距L=1m,其中MN段平行于PQ段,位于同一水平面內(nèi),NN0段與QQ0段平行,位

8、于與水平面成傾角 37°的斜面上,且MNN0與PQQ0均在豎直平面內(nèi)。在水平導(dǎo)軌區(qū)域和傾斜導(dǎo)軌區(qū)域內(nèi)分別有垂直于水平面和斜面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1和B2,且B1=B2=0.5T。ab和cd是質(zhì)量均為m=0.1kg、電阻均為R=4Ω的兩根金屬棒,ab置于水平導(dǎo)軌上,cd置于傾斜導(dǎo)軌上,均與導(dǎo)軌垂直且接觸良好。從t=0時(shí)刻起,ab棒在外力作用下由靜止開(kāi)始沿水平方向向右運(yùn)動(dòng)(ab棒始終在水平導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng),且垂直于水平導(dǎo)軌),cd受到F=0.6-0.25t(N)沿斜面向上的力的作用,始終處于靜止?fàn)顟B(tài)。不計(jì)導(dǎo)軌的電阻。(sin37°=0.6,g取10m/s2) (1)求流過(guò)cd棒的電流強(qiáng)度Icd隨時(shí)間t變

9、化的函數(shù)關(guān)系; (2)求ab棒在水平導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)的速度vab隨時(shí)間t變化的函數(shù)關(guān)系; (3)求從t=0時(shí)刻起,1.0s內(nèi)通過(guò)ab棒的電荷量q; (4)若t=0時(shí)刻起,1.0s內(nèi)作用在ab棒上的外力做功為W=16J,求這段時(shí)間內(nèi)cd棒產(chǎn)生的焦耳熱Qcd。 答案解析 1.【解析】選A。鋼窗打開(kāi)時(shí),向北穿過(guò)鋼窗的磁通量減小,根據(jù)楞次定律,鋼窗的活動(dòng)邊產(chǎn)生自下而上的微弱電流,故A正確。 【變式備選】北半球地磁場(chǎng)的豎直分量向下。如圖所示,在北京某中學(xué)實(shí)驗(yàn)室的水平桌面上,放置邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形閉合導(dǎo)體線圈abcd,線圈的ab邊沿南北方向,ad邊沿東西方向。下列說(shuō)法中正確的是(　　) A.

10、若使線圈向東平動(dòng),則a點(diǎn)的電勢(shì)比b點(diǎn)的電勢(shì)高 B.若使線圈向北平動(dòng),則a點(diǎn)的電勢(shì)比b點(diǎn)的電勢(shì)低 C.若以ab為軸將線圈向上翻轉(zhuǎn),則線圈中感應(yīng)電流方向?yàn)閍→b→c→d→a D.若以ab為軸將線圈向上翻轉(zhuǎn),則線圈中感應(yīng)電流方向?yàn)閍→d→c→d→a 【解析】選C。由右手定則知,若使線圈向東平動(dòng),線圈的ab邊和cd邊切割磁感線,c(b)點(diǎn)電勢(shì)高于d(a)點(diǎn)電勢(shì),故A錯(cuò);若線圈向北平動(dòng),線圈的bc邊和ad邊切割磁感線,線圈中無(wú)感應(yīng)電流,a點(diǎn)電勢(shì)與b點(diǎn)電勢(shì)相等,B錯(cuò)誤;若以ab為軸將線圈向上翻轉(zhuǎn),穿過(guò)線圈平面的磁通量將變小,由楞次定律可判得線圈中感應(yīng)電流方向?yàn)閍→b→c→d→a,C對(duì),D錯(cuò)。 2

11、.【解析】選A、C。由q=知,金屬棒從a到b和從b到c過(guò)程中,通過(guò)電阻R的電量相等,A正確。根據(jù)v2=2ax,E=BLv,I=和P=I2R得P=,因?yàn)閤b∶xc= 1∶2,所以Pb∶Pc=1∶2,C正確。由=BL,Q=I2Rt和t=得Q=,從b到c的平均速度不是從a到b的平均速度的2倍,所以從a到b與從b到c的兩個(gè)過(guò)程中R上產(chǎn)生的熱量之比不是1∶2,B錯(cuò)誤。根據(jù)P=F·v=(BIL+ma),金屬棒通過(guò)b、c兩位置時(shí),F做功的功率之比不是1∶2,D錯(cuò)誤。 3.【解析】選C。由楞次定律知0～2s時(shí)間段內(nèi)感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?2～4s時(shí)間段內(nèi)感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?由法拉第電磁感應(yīng)定律

12、知0～4s內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小不變;0～1s、2～3 s時(shí)間段ab邊所受安培力方向向上;由F=BIL知,安培力大小總與磁感應(yīng)強(qiáng)度大小成正比,只有選項(xiàng)C正確。 4.【解析】選A、C。由于金屬棒勻速下滑,由動(dòng)能定理可知作用在金屬棒上的各個(gè)力的合力做功為零,故A對(duì);只有克服安培力做功,才將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,故B錯(cuò)誤;由動(dòng)能定理得WG-WF-W安=0,變形可得WG-WF=W安,可知C正確,D錯(cuò)誤。 5.【解析】選D。由楞次定律可知,線框剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外,故線框中的感應(yīng)電流沿逆時(shí)針?lè)较?為正,又因?yàn)榫€框做勻速運(yùn)動(dòng),故感應(yīng)電流隨位移線性增大;同理可知線框離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí),產(chǎn)生的感

13、應(yīng)電流大小隨位移線性增大,方向?yàn)樨?fù),選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;BC兩端的電壓UBC跟感應(yīng)電流成正比,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。 6.【解析】選D。導(dǎo)體棒在關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱的兩個(gè)位置,閉合回路的總電阻相同,但導(dǎo)體棒在O點(diǎn)右側(cè)的速度大,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大,安培力F=BIL也大,F拉-F=ma,F變化,所以F拉也變化,A錯(cuò)誤;由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得at2=2R,整理可得t=2,B錯(cuò)誤;棒經(jīng)過(guò)環(huán)心時(shí)經(jīng)歷的時(shí)間為a=R,則t中=,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=BLat中=2BR,此時(shí)回路總電阻R總=πRr,則流過(guò)棒的電流為I==,C錯(cuò)誤;棒經(jīng)過(guò)環(huán)心受到的安培力F=BIL=B2R=,D正確。 7.【解析】選B、C。由楞次定律可知金屬線框剛進(jìn)

14、入磁場(chǎng)時(shí)感應(yīng)電流方向沿abcda方向,A錯(cuò)誤;由圖乙可知,金屬線框進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程中是做勻速直線運(yùn)動(dòng),速度為v1,運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t2-t1,所以金屬線框的邊長(zhǎng):l=v1(t2-t1),B正確;在金屬線框進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中,金屬線框所受安培力等于重力:mg=BIl,I=,解得: B=,C正確;金屬線框只在進(jìn)入和穿出磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生焦耳熱,即在t1～t2、t3～t4兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)產(chǎn)生的熱量:Q=2mgl+m(-)=2mgv1(t2-t1)+m(-),故D錯(cuò)誤。 8.【解析】(1)線框豎直時(shí),對(duì)導(dǎo)體棒有 E=BLv　

15、 (2分) I=　 (2分) mg=BIL=　 (1分) 同理,導(dǎo)體棒在斜面上下滑速度最大時(shí) mgsinθ= 　(2分) 解得v1=vsinθ　 (1分) (2)設(shè)線框的質(zhì)量

16、為M,當(dāng)棒AB速度最大時(shí),線框受到的沿斜面向下的安培力最大,要使線框靜止不動(dòng),則 Mgsinθ+F安≤fmax 即Mgsinθ+mgsinθ≤μ(M+m)gcosθ　 (2分) 解得μ≥tanθ　 (1分) (3)當(dāng)導(dǎo)體棒勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)F=mgsinθ+F′安　 (2分) F′安=　 (1分) 由功能關(guān)系可得

17、Fs=mgssinθ+m+Q　 (2分) 聯(lián)立可得Q=mgssinθ-mv2sin2θ　 (1分) 答案:(1)vsinθ　(2)μ≥tanθ　(3)mgssinθ-mv2sin2θ 9.【解析】(1)cd棒平衡,則F+Fcd=mgsin37° (2分) Fcd=B2IcdL　 (1分) 得Icd=0.5t(A)　

18、 (2分) (2)cd棒中電流Icd=Iab=0.5t(A),　 (1分) 則回路中電源電動(dòng)勢(shì)E=IcdR總　 (1分) ab棒切割磁感線,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=B1Lvab　 (1分) 解得ab棒的速度vab=8t(m/s) 所以,ab棒做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)?！? (2分) (3)

19、ab棒的加速度為a=8m/s2,1.0 s內(nèi)的位移為s=at2=×8×1.02m=4m (1分) 根據(jù)===,　 (1分) 得q=t==C=0.25C (2分) (4)t=1.0s時(shí),ab棒的速度vab=8t(m/s)=8m/s (1分) 根據(jù)動(dòng)能定理W-W安=mv2-0　 (2分) 得1.0s內(nèi)克服安

20、培力做功W安=(16-×0.1×82)J=12.8J (1分) 回路中產(chǎn)生的焦耳熱Q=W安=12.8J (1分) cd棒上產(chǎn)生的焦耳熱Qcd==6.4J (1分) 答案:(1)Icd=0.5t(A)　(2)vab=8t(m/s)　(3)0.25C (4)6.4J 【方法技巧】導(dǎo)體棒切割問(wèn)題的處理思路 (1)基本方法: ①用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向。 ②求回路中的電流。 ③分析研究導(dǎo)體受力情況。 ④列動(dòng)力學(xué)方程或平衡方程求解。 (2)受力情況、運(yùn)動(dòng)情況的動(dòng)態(tài)分析: