《2018年高考物理一輪復(fù)習(xí)第11章電磁感應(yīng)微專題60電磁感應(yīng)中的動力學(xué)和能量問題試題粵教版.doc-匯文網(wǎng)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018年高考物理一輪復(fù)習(xí)第11章電磁感應(yīng)微專題60電磁感應(yīng)中的動力學(xué)和能量問題試題粵教版.doc-匯文網(wǎng)（11頁珍藏版）》請在匯文網(wǎng)上搜索。

1、60 電磁感應(yīng)中的動力學(xué)和能量問題方法點撥(1)分析導(dǎo)體棒切割磁感線運動時要由牛頓第二定律列方程，在方程中討論v的變化影響安培力的變化，進(jìn)而影響加速度a的變化，a的變化又影響v的變化；(2)克服安培力做功的過程就是其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過程，克服安培力做了多少功，就有多少其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能1(多選)如圖1所示，在勻強磁場中有一傾斜的足夠長平行金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距為L，兩導(dǎo)軌頂端連有一定值電阻R，導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為，勻強磁場的磁感應(yīng)強度大小為B、方向垂直導(dǎo)軌平面向上，質(zhì)量為m、電阻為r的光滑導(dǎo)體棒從某一高度處由靜止釋放，導(dǎo)體棒運動過程中始終與導(dǎo)軌垂直且與導(dǎo)軌接觸良好，其他部分的電阻不計

2、，重力加速度為g，則下列說法正確的是()圖1A導(dǎo)體棒先做加速度減小的加速運動，后做勻速運動B若導(dǎo)體棒的速度為v，則R兩端的電壓為BLvC導(dǎo)體棒的最大速度為D在導(dǎo)體棒下滑過程中，電路中產(chǎn)生的焦耳熱等于導(dǎo)體棒克服安培力所做的功2如圖2，平行導(dǎo)軌固定在水平桌面上，左側(cè)接有阻值為R的電阻，導(dǎo)體棒ab與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，ab棒在導(dǎo)軌間的阻值為r.輸出功率恒為P的電動機通過水平繩向右拉動ab棒整個區(qū)域存在豎直向上的勻強磁場，若導(dǎo)軌足夠長，且不計其電阻和摩擦，則電阻R消耗的最大功率為()圖2APB.PC.PD.2P3(多選)如圖3所示，間距為l1 m的導(dǎo)軌PQ、MN由電阻不計的光滑水平導(dǎo)軌和與水平面成37

3、角的粗糙傾斜導(dǎo)軌組成，導(dǎo)體棒ab、cd的質(zhì)量均為m1 kg、長度均為l1 m、電阻均為R0.5 ，ab棒靜止在水平導(dǎo)軌上，cd棒靜止在傾斜導(dǎo)軌上，整個裝置處于方向豎直向下的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度的大小B T現(xiàn)ab棒在水平外力F作用下由靜止開始沿水平導(dǎo)軌運動，當(dāng)ab棒的運動速度達(dá)到一定值時cd棒開始滑動已知cd棒與傾斜導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為0.8，且cd棒受到的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，兩導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌始終接觸良好，重力加速度g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8.關(guān)于該運動過程，下列說法正確的是()圖3Acd棒所受的摩擦力方向始終沿傾斜導(dǎo)軌向上Bcd棒所受的摩擦力方向先沿傾斜導(dǎo)

4、軌向上后沿傾斜導(dǎo)軌向下Ccd棒開始滑動時，ab棒的速度大小約為20 m/sDcd棒開始滑動時，ab棒的速度大小約為10 m/s4在光滑水平面上，有一個粗細(xì)均勻的邊長為L的單匝正方形閉合線框abcd，在水平外力的作用下，從靜止開始沿垂直磁場邊界方向做勻加速直線運動，穿過勻強磁場，如圖4甲所示測得線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流i的大小和運動時間t的變化關(guān)系如圖乙所示()圖4A線框受到的水平外力一定是恒定的B線框邊長與磁場寬度的比為38C出磁場的時間是進(jìn)入磁場時的一半D出磁場的過程中水平外力做的功與進(jìn)入磁場的過程中水平外力做的功相等5(多選)如圖5所示，光滑水平桌面上固定放置的長直導(dǎo)線中通以大小為I的穩(wěn)恒電流

5、，桌面上導(dǎo)線的右側(cè)距離通電長直導(dǎo)線2l處有兩線框abcd、abcd正以相同的速度v0經(jīng)過虛線MN向左運動，MN平行長直導(dǎo)線，兩線框的ad邊、ad邊與MN重合，線框abcd、abcd是由同種材料制成的質(zhì)量相同的單匝正方形線框，邊長分別為l、2l.已知通電長直導(dǎo)線周圍磁場中某點的磁感應(yīng)強度Bk(式中k為常量，r表示該點到長直導(dǎo)線的距離)下列說法正確的是()圖5A此時流經(jīng)線框abcd、abcd的電流強度之比為43B此時線框abcd、abcd所受的安培力的功率之比為49C此時線框abcd、abcd的加速度之比為49D此時a、b間電壓Uabv06(多選)如圖6，光滑絕緣的水平桌面上有一邊長為L、電阻為R

6、的正方形導(dǎo)體框勻強磁場區(qū)域?qū)挾葹?L、磁感應(yīng)強度為B、方向垂直桌面向下導(dǎo)體框的一邊與磁場邊界平行，在外力作用下以恒定速度v穿過磁場下列說法正確的是()圖6A穿過磁場過程，外力做的功為B穿過磁場過程，導(dǎo)體框產(chǎn)生的焦耳熱為C進(jìn)入磁場過程，通過導(dǎo)體框某一橫截面的電荷量為D進(jìn)入和離開磁場過程，通過導(dǎo)體框的電流大小都為，且方向相同7(多選)由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，若穿過某截面的磁通量為msin t，則產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為emcos t.如圖7所示，豎直面內(nèi)有一個閉合導(dǎo)線框ACD(由細(xì)軟電阻絲制成)，端點A、D固定在以水平線段AD為直徑的半圓形區(qū)域內(nèi)，有磁感應(yīng)強度大小為B、方向垂直紙面向里的有界勻強磁場設(shè)

7、導(dǎo)線框的電阻恒為r，圓的半徑為R，用兩種方式使導(dǎo)線框上產(chǎn)生感應(yīng)電流方式一：將導(dǎo)線上的C點以恒定角速度1(相對圓心O)從A點沿圓弧移動至D點；方式二：以AD為軸，保持ADC45，將導(dǎo)線框以恒定的角速度2轉(zhuǎn)90.則下列說法正確的是()圖7A方式一中，在C從A點沿圓弧移動到圖中ADC30位置的過程中，通過導(dǎo)線截面的電荷量為B方式一中，在C沿圓弧移動到圓心O的正上方時，導(dǎo)線框中的感應(yīng)電動勢最大C若兩種方式電阻絲上產(chǎn)生的熱量相等，則D若兩種方式電阻絲上產(chǎn)生的熱量相等，則8(多選)如圖8所示，兩根足夠長的光滑金屬導(dǎo)軌豎直固定放置，底端接電阻R，輕彈簧上端固定，下端懸掛質(zhì)量為m的金屬棒，金屬棒和導(dǎo)軌接觸良好

8、除電阻R外，其余電阻不計導(dǎo)軌處于勻強磁場中，磁場方向垂直導(dǎo)軌所在平面靜止時金屬棒位于A處，此時彈簧的伸長量為l，彈性勢能為Ep.重力加速度大小為g.將金屬棒從彈簧原長位置由靜止釋放，金屬棒在運動過程中始終保持水平，則下列說法正確的是()圖8A當(dāng)金屬棒的速度最大時，彈簧的伸長量為lB從開始釋放到最后靜止，電阻R上產(chǎn)生的總熱量等于mglEpC金屬棒第一次到達(dá)A處時，其加速度方向向下D金屬棒第一次下降過程通過電阻R的電荷量比第一次上升過程的多9如圖9所示，阻值均為2 的定值電阻R1和R2通過水平和傾斜平行金屬導(dǎo)軌連接，水平導(dǎo)軌和傾斜導(dǎo)軌平滑相接，導(dǎo)軌間距離為0.5 m，傾斜導(dǎo)軌與水平面夾角為60，水

9、平導(dǎo)軌間存在方向豎直向上、磁感應(yīng)強度大小為0.03 T的勻強磁場，傾斜導(dǎo)軌處沒有磁場一根質(zhì)量為0.1 kg、長度為0.5 m、阻值為2 的導(dǎo)體棒從傾斜導(dǎo)軌上一定高度處由靜止釋放，導(dǎo)體棒與傾斜導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為，水平導(dǎo)軌光滑，導(dǎo)體棒在水平導(dǎo)軌上向右運動s2 m停下來，在此過程中電阻R1上產(chǎn)生的熱量為0.3 J，導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，重力加速度g10 m/s2，則下列說法正確的是()圖9A導(dǎo)體棒在傾斜導(dǎo)軌上釋放點離水平面的高度為2 mB導(dǎo)體棒在導(dǎo)軌上運動的最大速度為6 m/sCR1兩端的最大電壓為0.045 VD導(dǎo)體棒在導(dǎo)軌上運動過程中通過R1的電荷量為0.01 C10電磁彈是我國最新

10、的重大科研項目，原理可用下述模型說明如圖10甲所示，虛線MN右側(cè)存在豎直向上的勻強磁場，邊長為L的正方形單匝金屬線框abcd放在光滑水平面上，線框電阻為R，質(zhì)量為m，ab邊在磁場外側(cè)緊靠MN虛線邊界處t0時起磁感應(yīng)強度B隨時間t的變化規(guī)律是BB0kt(k為大于零的常量)，空氣阻力忽略不計圖10(1)求t0時刻，線框中感應(yīng)電流的功率P；(2)求線框cd邊穿出磁場時通過線框某一橫截面的電荷量q；(3)若用相同的金屬線繞制相同大小的n匝線框，如圖乙所示，在線框上加一質(zhì)量為M的負(fù)載物，證明：載物線框匝數(shù)越多，t0時線框加速度越大11如圖11甲所示，dc和ef是足夠長的光滑的金屬導(dǎo)軌(不計電阻)水平放置

11、，相距L1 m，de處接有一個電阻，在其兩端的電壓低于某個特定的值U0時，它的阻值與其兩端的電壓成正比，而其兩端的電壓大于等于U0時，它的電阻恒為R05 ，導(dǎo)軌間有垂直于導(dǎo)軌平面的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B1 T，質(zhì)量為m0.5 kg，長度恰好能跨放在導(dǎo)軌上的金屬桿電阻不計，在水平向右的拉力作用下，從緊靠de處由靜止開始做加速度為a1 m/s2的勻加速運動，水平拉力F與時間的關(guān)系如圖乙所示圖11(1)試求電壓的特定值U0和圖中所標(biāo)的F0的大小；(2)當(dāng)t0.5 s時和t2 s時，電阻的發(fā)熱功率分別為多大？(3)從開始到運動2 m時，通過R的電荷量為多少？(4)運動到2 m時刻撤去外力，金屬桿還能

12、運動多遠(yuǎn)？答案精析1AD導(dǎo)體棒隨著速度的增加，受到的安培力越來越大，因此受到的合力越來越小，加速度越來越小，故導(dǎo)體棒做加速度減小的加速運動，當(dāng)加速度為零時，做勻速運動，A正確；導(dǎo)體棒中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為EBLv，所以在電阻R上的電壓為，B錯誤；由于導(dǎo)體棒勻速運動時有mgsin ，因此導(dǎo)體棒的最大速度為，C錯誤；根據(jù)功能關(guān)系，感應(yīng)電流所產(chǎn)生的焦耳熱在數(shù)值上等于導(dǎo)體棒克服安培力所做的功，D正確2Bab棒在輸出功率P恒定的電動機拉力作用下做加速度逐漸減小的加速運動當(dāng)加速度減小到零時，ab棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大，電阻R中電流最大，電阻R消耗的功率最大由功能關(guān)系可知，此時電動機輸出功率等于電阻R和ab棒

13、消耗的功率，即PI2(rR)，電阻R消耗的功率PRI2R，聯(lián)立解得PRP，選項B正確3BCcd棒剛開始靜止在傾斜導(dǎo)軌上，0.8tan 370.75，cd棒受到的摩擦力沿傾斜導(dǎo)軌向上，ab棒向右運動切割磁感線使得ab棒、cd棒中產(chǎn)生感應(yīng)電流，cd棒受到水平向右的安培力作用，cd棒受到的摩擦力先沿傾斜導(dǎo)軌向上減小到零，后反向沿傾斜導(dǎo)軌向下增大，故A錯誤，B正確；當(dāng)cd棒即將滑動時，由平衡條件cos 37mgsin 37，代入數(shù)據(jù)可得v19.375 m/s，C正確，D錯誤4B由題圖乙線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流i的大小和運動時間t的變化關(guān)系可知，進(jìn)磁場和出磁場時電流隨時間的增大而增大，根據(jù)牛頓第二定律FF安

14、ma，得FF安ma，又F安BiL，所以線框受到的水平外力是隨時間增大的變力，選項A錯誤；線框進(jìn)入磁場過程位移與出磁場過程位移相等，線框進(jìn)入磁場過程的水平外力小于出磁場過程的水平外力，根據(jù)功的定義可知，線框出磁場的過程中水平外力做的功大于線框進(jìn)入磁場過程中水平外力做的功，選項D錯誤；根據(jù)題圖乙感應(yīng)電流i的大小和運動時間t的變化關(guān)系圖象，在24 s時間內(nèi)線框進(jìn)入磁場，設(shè)線框勻加速直線運動的加速度為a，在進(jìn)入磁場時速度v1at12a，完全進(jìn)入磁場時速度v2at24a，線框邊長L可表示為L(t2t1)6a，線框開始出磁場時速度v3at36a，磁場區(qū)域?qū)挾萪(t3t1)16a，線框邊長L與磁場寬度d的比

15、為Ld38，選項B正確；設(shè)線框t時刻完全出磁場，則完全出磁場時速度為at，出磁場過程的平均速度為，出磁場的時刻tt36，解得t4 s，故出磁場的時間小于進(jìn)入磁場時間的一半，選項C錯誤. 5ABC設(shè)導(dǎo)線的橫截面積為S，密度為0，電阻率為，由密度公式可得：線框的質(zhì)量m0V0S14l0S28l，解得：S12S2，根據(jù)電阻定律，可得R1，R2，聯(lián)立可得：R24R1，由法拉第電磁感應(yīng)定律和歐姆定律可得：線框中的電流I1，I2，即，選項A正確；根據(jù)右手定則，可知b點電勢高于a點電勢，故Uab0，選項D錯誤；根據(jù)功能關(guān)系可知線框克服安培力做的功等于線框中電流產(chǎn)生的焦耳熱，由PI2R，可得，選項B正確；由安培

16、力公式和牛頓第二定律可得a1，a2，即，選項C正確6ABC當(dāng)導(dǎo)體框進(jìn)入或離開磁場時，導(dǎo)體框中的感應(yīng)電動勢EBLv，由右手定則可知，導(dǎo)體框進(jìn)入磁場時，感應(yīng)電流方向為逆時針方向，而離開磁場時，感應(yīng)電流方向為順時針方向，D項錯；進(jìn)入磁場過程中，感應(yīng)電流大小I，時間t，所以通過導(dǎo)體框某一橫截面的電荷量為QIt，C項正確；因為導(dǎo)線框是勻速穿過磁場的，所以外力FFABIL，導(dǎo)體框在外力作用下的位移為2L，所以外力做功為，A項正確；由功能關(guān)系可知，外力克服安培力做的功等于系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量，B項正確7AC方式一中，在C從A點沿圓弧移動到題圖中ADC30位置的過程中，穿過回路磁通量的變化量為BR2.由法拉第電磁感

17、應(yīng)定律，E，I，qIt，聯(lián)立解得q，選項A正確；方式一中，在C沿圓弧移動到圓心O的正上方時，導(dǎo)線框中的磁通量最大，由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，感應(yīng)電動勢最小，為零，選項B錯誤；第一種方式中穿過回路的磁通量1BR2sin 1t，所產(chǎn)生的電動勢為e11BR2cos 1t，第二種方式中穿過回路的磁通量2BR2cos 2t，所產(chǎn)生的電動勢為e22BR2sin 2t，則兩種方式所產(chǎn)生的正弦交流電動勢的有效值之比為，時間滿足，產(chǎn)生的焦耳熱Q1t1，Q2t2，若Q1Q2，則，選項C正確，D錯誤8BD根據(jù)題述金屬棒靜止時彈簧伸長量為l，可得mgkl.將金屬棒從彈簧原長位置由靜止釋放，金屬棒向下切割磁感線運動產(chǎn)生

18、感應(yīng)電動勢EBlv和感應(yīng)電流I，金屬棒受到的安培力FABIl，方向豎直向上，由牛頓第二定律mgkxFAma知，金屬棒向下做加速度逐漸減小的加速運動，當(dāng)加速度減小到零時，金屬棒速度最大，此時有mgkxFA，彈簧彈力小于金屬棒的重力，故彈簧的伸長量x小于l，選項A錯誤；金屬棒最后靜止時，彈簧伸長量為l，根據(jù)能量守恒定律，電阻R上產(chǎn)生的總熱量QmglEp，選項B正確；金屬棒第一次到達(dá)A處時，其所受合外力向上，加速度方向向上，選項C錯誤；由能量守恒知金屬棒第一次下降的高度一定大于第一次上升的高度，由BS知，金屬棒第一次下降過程中回路磁通量變化量一定比第一次上升過程中的多，根據(jù)q可知，金屬棒第一次下降過

19、程中通過電阻R的電荷量一定比第一次上升過程中的多，選項D正確9B導(dǎo)體棒滑上水平導(dǎo)軌后做減速運動，因此滑上水平導(dǎo)軌的初速度v0是導(dǎo)體棒在導(dǎo)軌上運動的最大速度，導(dǎo)體棒在水平導(dǎo)軌上運動時，若電阻R1上產(chǎn)生熱量為Q，則導(dǎo)體棒上產(chǎn)生熱量為4Q，電路產(chǎn)生的總熱量為6Q，由功能關(guān)系可得6Q，又Q0.3 J，得v06 m/s，B選項正確；導(dǎo)體棒在傾斜導(dǎo)軌上運動，有mghmgcos ，得h2.4 m，A選項錯誤；導(dǎo)體棒運動的最大速度為v0，最大感應(yīng)電動勢為EmBlv0，R1兩端的最大電壓Um，得Um0.03 V，C選項錯誤；通過導(dǎo)體棒的電荷量q，q10.005 C，D選項錯誤10(1)(2)(3)見解析解析(1

20、)t0時刻線框中的感應(yīng)電動勢E0L2kL2功率P解得P(2)穿出磁場過程線框中的平均電動勢線框中的平均電流通過的電荷量qt，解得q(3)n匝線框在t0時刻產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢EnE0線框中的總電阻R總nR線框中的電流It0時刻線框受到的安培力FnB0IL設(shè)線框的加速度為a，根據(jù)牛頓第二定律有F(nmM)a解得a，可知n越大，a越大11(1)1 V0.7 N(2)0.1 W0.8 W(3)0.5 C(4)3.75 m解析(1)當(dāng)電壓小于U0時，設(shè)電阻RkU，所以電流I，則I為定值FBLma，F(xiàn)maBL當(dāng)電壓大于等于U0時，F(xiàn)ma，F(xiàn)mat，而當(dāng)t1 s時，速度vat1 m/s，U0BLv1 V又當(dāng)t

21、1 s時，F(xiàn)matmaBL，所以有k5，故F00.7 N1 s以后的拉力與時間的關(guān)系為F0.50.2t(2)t0.5 s時，v0.5 m/s，UEBLv0.5 V，RkU2.5 P10.1 Wt2 s時，F(xiàn)0.9 N，安培力F安Fma0.4 N，v2 m/sP2F安v0.8 W(3)前1 s，電流恒為I0.2 A，q1It0.2 C，運動了0.5 m.余下的1.5 m是通過定值電阻R0的電荷量，q20.3 C，所以qq1q20.5 C(4)撤去外力時，速度為v22 m/s，電壓U22 V，變減速運動到速度v11 m/s，于是有：m(v2v1)，s12.5 m此后，電流恒為0.2 A，F(xiàn)安BLI0.2 N，做勻減速運動，a0.4 m/s2s21.25 m所以ss1s23.75 m.