《2018年高考物理一輪復習 專題46 電磁感應中的動力學和能量問題（測）（含解析）》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2018年高考物理一輪復習 專題46 電磁感應中的動力學和能量問題（測）（含解析）（16頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、 專題46 電磁感應中的動力學和能量問題 【滿分：110分 時間：90分鐘】 一、選擇題(本大題共12小題，每小題5分，共60分。在每小題給出的四個選項中. 1~8題只有一項符合題目要求； 9~12題有多項符合題目要求。全部選對的得5分，選對但不全的得3分，有選錯的得0分。) 1．如圖，固定在水平桌面上的光滑金屬導軌cd、eg處于方向豎直向下的勻強磁場中，金屬桿ab與導軌接觸良好，在兩根導軌的端點d、e之間連接一電阻，其他部分電阻忽略不計，現用一水平向右的恒力F作用在金屬桿ab上，使金屬桿由靜止開始向右沿導軌滑動，滑動中桿ab始終垂直于導軌，金屬桿受到的安培力用F安表示，則下列說法正

2、確的是： （ ） A．金屬桿ab做勻加速直線運動 B．金屬桿ab運動過程回路中有順時針方向的電流 C．金屬桿ab所受到的F安先不斷增大，后保持不變 D．金屬桿ab克服安培力做功的功率與時間的平方成正比 【答案】C 2．如圖所示，兩條電阻不計的平行導軌與水平面成θ角，導軌的一端連接定值電阻R1，勻強磁場垂直穿過導軌平面．一根質量為m、電阻為R2的導體棒ab，垂直導軌放置，導體棒與導軌之間的動摩擦因數為μ，且R2=nR1．如果導體棒以速度v勻速下滑，導體棒此時受到的安培力大小為F，則以下判斷正確的是 ： （ ） A. 電阻R

3、消耗的電功率為Fv/n B. 重力做功的功率為mgvcosθ C. 運動過程中減少的機械能全部轉化為電能 D. R2上消耗的功率為nFv/(n+l) 【答案】D 【名師點睛】 導體棒以速度 v 勻速下滑，受到的安培力大小為 F，根據法拉第電磁感應定律和焦耳定律，聯立解得P；根據能量轉化情況，分析整個裝置減小的機械功率轉化為電能和內能。R2和R1串聯，電流相等，根據可知R2消耗的功率和R1消耗的功率的關系。 3．如圖所示，PQ、MN是放置在水平面內的光滑導軌，GH是長度為L、電阻為r的導體棒，其中點與一端固定的輕彈簧連接，輕彈簧的勁度系數為k．導體棒處在方向向下、磁感應強度為

4、B的勻強磁場中．圖中E是電動勢為E，內阻不計的直流電源，電容器的電容為C．閉合開關，待電路穩(wěn)定后，下列選項正確的是： （ ） A．導體棒中電流為 B．輕彈簧的長度增加 C．輕彈簧的長度減少 D．電容器帶電量為CR 【答案】C 【名師點睛】本題屬于含容電路問題，在電路的連接中，電容所在支路為斷路，電容兩端電壓等于與之并聯的導體兩端的電壓，利用閉合電路的歐姆定律即可得出電路中的電流及電容器的帶電量；導體棒在磁場中通電后受安培力作用，當安培力與彈簧的彈力相等時導體棒處于穩(wěn)定狀態(tài)，由胡克定律和平衡條件即可求出彈簧的形變量。 4．如圖所示，MN、P

5、Q是間距為L的平行金屬導軌，置于磁感應強度為B，方向垂直導線所在平面向里的勻強磁場中, M、P間接有一阻值為R的電阻．一根與導軌接觸良好、有效阻值為r的金屬導線ab垂直導軌放置，并在水平外力F的作用下以速度v向右勻速運動，則（不計導軌電阻： （ ） A．通過電阻R的電流方向為P→R→M B．ab兩點間的電壓為BLv C．a端電勢比b端高 D．外力F做的功等于電阻R上發(fā)出的焦耳熱 【答案】C 【解析】 根據右手定則可知：ab中產生的感應電流方向為b→a，則通過電阻R的電流方向為 M→P→R．故A錯誤；金屬導線ab相

6、當于電源，ab兩點間的電壓是路端電壓，即是R兩端的電壓．根據閉合電路歐姆定律得知，ab兩點間的電壓為 ．故B錯誤．金屬導線ab相當于電源，a端相當于電源的正極，電勢較高，故C正確．ab棒向右做勻速直線運動，根據能量守恒得知：外力F做的功等于電路中產生的焦耳熱，大于電阻R上發(fā)出的焦耳熱，故D錯誤．故選C. 【名師點睛】本題比較簡單考查了電磁感應與電路的結合，解決這類問題的關鍵是正確分析外電路的結構，然后根據有關電學知識求解；根據楞次定律或右手定則可判斷出通過電阻R的電流方向和a、b電勢高低．金屬導線ab相當于電源，外電路為電阻R，由閉合電路歐姆定律求解ab兩點間的電壓；根據能量守恒得外界的能量

7、轉化成整個電路產生的焦耳熱。 5．如右圖所示,邊長為L的正方形導線框質量為m,由距磁場H高處自由下落,其下邊ab進入勻強磁場后,線圈開始做減速運動,直到其上邊cd剛剛穿出磁場時,速度減為ab邊進入磁場時的一半,磁場的寬度也為L.則線框穿越勻強磁場過程中產生的焦耳熱為： （ ） A.2mgL B.2mgL+mgH C.2mgL+mgH D.2mgL+mgH 【答案】C 【名師點睛】本題是運用能量守恒定律處理電磁感應中能量問題，關鍵要正確分析能量是如何轉化的。 6．如圖，間距l(xiāng)＝0.4m的光滑平行金屬導軌電

8、阻不計，與水平面夾角θ＝30°．正方形區(qū)域abcd內勻強磁場的磁感應強度B＝0.2T，方向垂直于斜面．甲、乙兩金屬桿電阻R相同、質量均為m＝0.02kg，垂直于導軌放置．起初，甲金屬桿處在磁場的上邊界ab上，乙在甲上方距甲也為l處．現將兩金屬桿同時由靜止釋放，并同時在甲金屬桿上施加一個沿著導軌的拉力F，使甲金屬桿始終以a＝5m/s2的加速度沿導軌勻加速運動，已知乙金屬桿剛進入磁場時做勻速運動，取g＝10 m/s2： （ ） A．甲金屬桿在磁場中運動的時間是0.4 s B．每根金屬桿的電阻R＝0.12 Ω C．乙金屬桿在磁場運動過程中回路的電流為2.5A D．

9、乙金屬桿在磁場運動過程中安培力功率是0.1 W 【答案】A 【名師點睛】本題關鍵要抓住乙金屬桿進入磁場前，兩棒的加速度相同，運動情況相同，再根據牛頓第二定律、運動學公式和功能關系求解。 7．如圖所示，水平放置的兩根金屬導軌位于方向垂直于導軌平面并指向紙里的勻強磁場中．導軌上有兩根小金屬導體桿ab和cd，其質量均為m，能沿導軌無摩擦地滑動．金屬桿ab和cd與導軌及它們間的接觸等所有電阻可忽略不計．開始時ab和cd都是靜止的，現突然讓cd桿以初速度v向右開始運動，如果兩根導軌足夠長，則： （ ） A．cd始終做減速運動，ab始終做加速運動，并將追上cd B．c

10、d始終做減速運動，ab始終做加速運動，但追不上cd C．開始時cd做減速運動，ab做加速運動，最終兩桿以相同速度做勻速運動 D．磁場力對兩金屬桿做功的大小相等 【答案】C 【解析】 讓cd桿以初速度v向右開始運動，cd桿切割磁感線，產生感應電流，兩桿受安培力作用，安培力對cd向左，對ab向右，所以ab從零開始加速，cd從v0開始減速．那么整個電路的感應電動勢減小，所以cd桿將做加速度減小的減速運動，ab桿做加速度減小的加速運動，當兩桿速度相等時，回路磁通量不再變化，回路中電流為零，兩桿不再受安培力作用，將以相同的速度向右勻速運動．故C正確，AB錯誤．兩導線中的電流始終相等，但由于通過

11、的距離不相等，故磁場對兩金屬桿做功大小不相等；故D錯誤；故選C。 【名師點睛】本題是牛頓第二定律在電磁感應現象中的應用問題．解答本題能搞清楚物體的受力情況和運動情況，突然讓cd桿以初速度v向右開始運動，cd桿切割磁感線，產生感應電流，兩桿受安培力作用，根據牛頓第二定律判斷兩桿的運動情況。 8．如圖所示，在水平界面EF、 GH、JK間，分布著兩個勻強磁場，兩磁場方向水平且相反大小均為B，兩磁場高均為L寬度圓限。一個框面與磁場方向垂直、質量為m電阻為R、邊長也為上的正方形金屬框abcd,從某一高度由靜止釋放，當ab邊剛進入第一個磁場時，金屬框恰好做勻速點線運動，當ab邊下落到GH和JK之間的

12、某位置時，又恰好開始做勻速直線運動．整個過程中空氣阻力不計．則： （ ） A．金屬框穿過勻強磁場過程中，所受的安培力保持不變 B．金屬框從ab邊始進入第一個磁場至ab邊剛到達第二個磁場下邊界JK過程中產生的熱量為2mgL C．金屬框開始下落時ab邊距EF邊界的距離 D．當ab邊下落到GH和JK之間做勻速運動的速度 【答案】D 錯誤．當ab邊剛進入第一個磁場時，金屬框恰好做勻速直線運動，由平衡條件得：，解得：，從線框開始下落到剛進入磁場過程，由機械能守恒定律得：mgh=mv2，解得：，故C錯誤．當ab邊下落到GH和JK之間做勻速運動時，線框受到的安培力：，由平

13、衡條件得：，解得：，故D正確．故選D。 9．如圖所示是某同學自制的電流表原理圖，質量為m的均勻金屬桿MN與一豎直懸掛的絕緣輕彈簧相連，彈簧勁度系數為k，在邊長為，的矩形區(qū)域abcd內均有勻強磁場，磁感應強度大小為B，方向垂直紙面向外。MN的右端連接一絕緣輕指針，可指示出標尺上的刻度，MN的長度大于ab，當MN中沒有電流通過且處于靜止時，MN與ab邊重合，且指針指在標尺的零刻度；當MN中有電流時，指針示數可表示電流大小，MN始終在紙面內且保持水平，重力加速度為g，則： （ ） A．要使電流表正常工作，金屬桿中電流方向應從N至M B．當該電流表的示數為零時，彈簧的伸

14、長量不為零 C．該電流表的量程是 D．該電流表的刻度在范圍內是均勻的 【答案】BCD 10．如圖甲所示，在豎直方向上有四條間距相等的水平虛線L1、L2、L3、L4，在L1L2之間和L3L4之間存在勻強磁場，磁感應強度B大小均為1T,方向垂直于虛線所在的平面；現有一矩形線圈abcd，寬度cd=L=0.5m，質量為0.1kg，電阻為2Ω，將其從圖示位置由靜止釋放（cd邊與L1重合），速度隨時間的變化關系如圖乙所示，t1時刻cd邊與 L2重合，t2時刻ab邊與L3重合，t3時刻ab邊與L4重合，已知t1-t2的時間間隔為0.6s，整個運動過程中線圈平面始終處于豎直方向，重力加速度g取1

15、0m/s2．則： （ ） A．在0-t1時間內，通過線圈的電荷量為0.25C B．線圈勻速運動的速度大小為2m/s C．線圈的長度為1m D．0-t3時間內，線圈產生的熱量為1.8J 【答案】AD 11．如圖甲所示，在傾角為θ的光滑斜面內分布著垂直于斜面的勻強磁場，其磁感應強度B隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示。質量為m的矩形金屬框從t=0時刻靜止釋放，t3時刻的速度為v，移動的距離為L，重力加速度為g。在金屬框下滑的過程中，下列說法正確的是： （ ） A．t1～t3時間內金屬框中的電流方向不變 B．0～t3時間內金屬框做勻加速直線運

16、動 C．0～t3時間內金屬框做加速度逐漸減小的直線運動 D．0～t3時間內金屬框中產生的焦耳熱為 【答案】AB 12．如圖所示，兩根足夠長光滑平行金屬導軌間距l(xiāng)＝0.9m，與水平面夾角θ＝30°，正方形區(qū)域abcd內有勻強磁場，磁感應強度B＝2T，方向垂直于斜面向上．甲、乙是兩根質量相同、電阻均為R=4.86Ω的金屬桿，垂直于導軌放置．甲置于磁場的上邊界ab處，乙置于甲上方l處．現將兩金屬桿由靜止同時釋放，并立即在甲上施加一個沿導軌方向的拉力F，甲始終以a＝5m/s2的加速度沿導軌勻加速運動，乙進入磁場時恰好做勻速運動，g＝10m/s2．則： （ ） A

17、. 甲穿過磁場過程中拉力F不變 B. 每根金屬桿的質量為0.2kg C. 乙穿過磁場過程中安培力的功率是2W D. 乙穿過磁場過程中，通過整個回路的電荷量為C 【答案】BD 【解析】甲穿過磁場過程中做勻加速運動，故速度不斷增加，感應電動勢逐漸變大，回路的電流增大，安培力變大，根據 可知，拉力F逐漸變大，選項A錯誤；乙進入磁場時的速度滿足 ，v0=3m/s；乙進入磁場后做勻速運動，則 ；因為乙進入磁場之前與甲的加速度相同，均為5m/s2，故當乙進入磁場時，甲剛好出離磁場，此時E=BLv0， ，聯立解得m=0.2kg，選項B正確；乙穿過磁場過程中安培力的功率：，選項C錯誤； 乙穿過磁場過

18、程中，通過整個回路的電荷量： ，選項D正確；故選BD. 點睛：此題是關于電磁感應的綜合應用問題；解題時要認真分析兩導體棒運動的物理過程及運動特點，分析導體棒的受力情況；求解電量時經常用經驗公式. 二、非選擇題（本大題共4小題，第13、14題每題10分；第15、16題每題15分；共50分） 13．（10分）如圖甲所示，一足夠長阻值不計的光滑平行金屬導軌MN、PQ之間的距離L＝0.5m，NQ兩端連接阻值R＝2.0Ω的電阻，磁感應強度為B的勻強磁場垂直于導軌所在平面向上，導軌平面與水平面間的夾角θ＝300。一質量m=0.40kg，阻值r=1.0Ω的金屬棒垂直于導軌放置并用絕緣細線通過光滑的定滑

19、輪與質量M=0.80kg的重物相連。細線與金屬導軌平行。金屬棒沿導軌向上滑行的速度v與時間t之間的關系如圖乙所示，已知金屬棒在0～0.3s內通過的電量是0.3～0.6s內通過電量的，=10m/s2，求： （1）0～0.3s內棒通過的位移;?。?）金屬棒在0～0.6s內產生的熱量。 【答案】（1）0.3m（2）1.05J 代入解得Q?=3.15J 由于金屬棒與電阻R串聯，電流相等，根據焦耳定律，得到它們產生的熱量與電阻成正比，所以金屬棒在0～0.6s內產生的熱量 14．（10分）如圖甲所示，用粗細均勻的導線制成的一只圓形金屬圈，現被一根絕

20、緣絲線懸掛在豎直平面內處于靜止狀態(tài)，已知金屬圈的質量為m=0.1kg，半徑為r=0.1m，導線單位長度的阻值為ρ=0.1Ω/m,.金屬圈的上半部分處在一方向垂直圈面向里的有界勻強磁場中，磁感應強度B隨時間t的變化關系如圖乙所示．金屬圈下半部分在磁場外．已知從t＝0時刻起，測得經過10s絲線剛好被拉斷。重力加速度g取10m/s2。求： （1）導體圓中感應電流的大小及方向； （2）絲線所能承受的最大拉力F； （3）此過程中金屬圈中產生的焦耳熱Q. 【答案】（1）0.2A（2）F=1.32N（3）Q=0.025J （3）金屬圈內產生的焦耳熱 代入數據得：Q=0.025J 15

21、．（15分）如圖所示，以MN為下邊界的勻強磁場，磁感應強度大小為B，方向垂直于紙面向外， MN上方有一單匝矩形導線框abcd，其質量為m，電阻為R，ab邊長為l1，bc邊長為l2，cd邊離MN的高度為h．現將線框由靜止釋放，線框下落過程中ab邊始終保持水平，且ab邊離開磁場前已做勻速直線運動，求線框從靜止釋放到完全離開磁場的過程中 ll l2 M NM dM cM aM bM h ⑴ab邊離開磁場時的速度v；⑵通過導線橫截面的電荷量q；⑶導線框中產生的熱量Q． 【答案】（1）（2）（3） 16．（15分）如圖甲所示，彎折成90°角的兩根足夠長金屬導軌平行放置，

22、形成左右兩導軌平面，左導軌平面與水平面成53°角，右導軌平面與水平面成37°角，兩導軌相距L=0.2m，電阻不計。質量均為m=0.1kg，電阻均為R=0.1Ω的金屬桿ab、cd與導軌垂直接觸形成閉合回路，金屬桿與導軌間的動摩擦因數均為μ=0.5，整個裝置處于磁感應強度大小為B=1.0T，方向平行于左導軌平面且垂直右導軌平面向上的勻強磁場中。t=0時刻開始，ab桿以初速度v1沿右導軌平面下滑。t=ls時刻開始，對ab桿施加一垂直ab桿且平行右導軌平面向下的力F，使ab開始作勻加速直線運動。cd桿運動的v﹣t圖象如圖乙所示（其中第1s、第3s內圖線為直線）。若兩桿下滑過程均保持與導軌垂直且接觸良好，g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8．求：（1）在第1秒內cd桿受到的安培力的大?。唬?）ab桿的初速度v1；（3）若第2s內力F所做的功為9J，求第2s內cd桿所產生的焦耳熱。 【答案】（1）；（2）；（3）。 （3）根據v﹣t圖象可知，c d桿在第3s內做勻減速運動，加速度 對cd桿受力分析，根據牛頓第二定律，有： 解得安培力 由可得 2s時ab桿的速度 第2s內ab桿做勻加速運動，ab桿的位移 對ab桿，根據動能定理，有： 解得安培力做功 回路中產生的焦耳熱 解得：第2s內cd桿所產生的焦耳熱 16