2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)跟蹤訓(xùn)練34 電磁感應(yīng)中動(dòng)力學(xué)與能量問題

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1、2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)跟蹤訓(xùn)練34 電磁感應(yīng)中動(dòng)力學(xué)與能量問題 一、選擇題 1. (xx·鎮(zhèn)江模擬)如圖所示,閉合金屬環(huán)(電阻不可忽略)從高h(yuǎn)的光滑曲面滾下,又沿曲面的另一側(cè)上升,整個(gè)裝置處在磁場中,且金屬環(huán)平面與磁場方向總保持垂直,其初速度為零,關(guān)于金屬環(huán)在另一側(cè)上升的高度,下列說法正確的是(  ) A.若是勻強(qiáng)磁場,環(huán)上升的高度小于h B.若是勻強(qiáng)磁場,環(huán)上升的高度等于h C.若是非勻強(qiáng)磁場,環(huán)上升的高度小于h D.若是非勻強(qiáng)磁場,環(huán)上升的高度大于h 解析:若是勻強(qiáng)磁場,則穿過環(huán)的磁通量不發(fā)生變化,無感應(yīng)電流產(chǎn)生,環(huán)的機(jī)械能守恒,環(huán)上升的高度等于h,故選項(xiàng)A錯(cuò)

2、誤,選項(xiàng)B正確;若是非勻強(qiáng)磁場,則穿過環(huán)的磁通量變化,環(huán)中有感應(yīng)電流,產(chǎn)生焦耳熱,環(huán)的機(jī)械能減小,環(huán)上升的高度小于h,故選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤. 答案:BC 2. (多選)如圖所示,電阻不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌固定在一絕緣斜面上,兩相同的金屬導(dǎo)體棒a、b垂直于導(dǎo)軌靜止放置,且與導(dǎo)軌接觸良好,勻強(qiáng)磁場垂直穿過導(dǎo)軌平面.現(xiàn)用一平行于導(dǎo)軌的恒力F作用在a的中點(diǎn),使其向上加速運(yùn)動(dòng).若b始終保持靜止,則它所受摩擦力可能(  ) A.變?yōu)?        B.先減小再增大 C.等于F D.先增大再減小 解析:a在恒力F作用下加速運(yùn)動(dòng),閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流,b受到安培力方向應(yīng)沿斜面向上,且逐漸增

3、大.由力平衡可知,b受到的摩擦力先沿斜面向上逐漸減小到零,然后沿斜面向下逐漸增大,且最大值Ffm=F安-mgsinθ,而F安

4、D.如果只減小m,vm將變大 解析:金屬桿從軌道滑下過程,沿斜面方向有重力向下的分力mgsinθ和安培力沿斜面向上,設(shè)金屬桿速度為v,則安培力F=BIL=BL=v,初始安培力小于重力的分力mgsinθ,金屬桿向下加速,當(dāng)mgsinθ=,金屬桿不再加速,速度達(dá)到最大值,此時(shí)vm=,若只增大θ則vm增大,選項(xiàng)A對(duì).若只增大B或者減小m,則只能使vm減小,選項(xiàng)B、D錯(cuò).如果只增大R,vm將變大,選項(xiàng)C錯(cuò). 答案:A 4. (xx·天津卷)如圖所示,紙面內(nèi)有一矩形導(dǎo)體閉合線框abcd,ab邊長大于bc邊長,置于垂直紙面向里、邊界為MN的勻強(qiáng)磁場外,線框兩次勻速地完全進(jìn)入磁場,兩次速度大小

5、相同,方向均垂直于MN.第一次ab邊平行MN進(jìn)入磁場,線框上產(chǎn)生的熱量為Q1,通過線框?qū)w橫截面的電荷量為q1;第二次bc邊平行MN進(jìn)入磁場,線框上產(chǎn)生的熱量為Q2,通過線框?qū)w橫截面的電荷量為q2,則(  ) A.Q1>Q2,q1=q2 B.Q1>Q2,q1>q2 C.Q1=Q2,q1=q2 D.Q1=Q2,q1>q2 解析:設(shè)線框ab邊長為L1,bc邊長為L2,進(jìn)入磁場的速度為v,電阻為R,ab邊平行MN進(jìn)入磁場時(shí),根據(jù)能量守恒,線框進(jìn)入磁場的過程中產(chǎn)生的熱量等于產(chǎn)生的電能,即Q1=·=,通過線框?qū)w橫截面的電荷量q1==;同理得bc邊平行MN進(jìn)入磁場時(shí),Q2=·L1,q2==

6、,則q1=q2,由于L1>L2,因此Q1>Q2,選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)B、C、D錯(cuò)誤. 答案:A 5. 如圖,連接兩個(gè)定值電阻的平行金屬導(dǎo)軌與水平面成θ角,R1=R2=R,勻強(qiáng)磁場垂直穿過導(dǎo)軌平面.有一導(dǎo)體棒MN質(zhì)量為m,棒的電阻也為R,棒與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ導(dǎo)體棒MN沿導(dǎo)軌向上滑動(dòng),當(dāng)上滑的速度為v時(shí),定值電阻R2消耗的電功率為P.下列說法正確的是(  ) A.此時(shí)重力的功率為mgvcosθ B.此裝置消耗的機(jī)械功率為μmgvcosθ C.導(dǎo)體棒受到的安培力的大小為6P/v D.導(dǎo)體棒受到的安培力的大小為8P/v 解析:此時(shí)重力的功率為mgvsinθ,故選項(xiàng)A錯(cuò);μmgv

7、cosθ是克服摩擦力而消耗的機(jī)械功率,設(shè)此時(shí)安培力為F安,則此裝置消耗的機(jī)械功率為(F安+μmgcosθ)v,故選項(xiàng)B錯(cuò);因R1=R2且二者并聯(lián),故R1消耗的電功率也為P,根據(jù)電路的特點(diǎn),此時(shí)棒消耗的電功率為4P,故整個(gè)電路消耗的電功率為6P,此即克服安培力做功的功率,因此安培力大小為F安=,選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤. 答案:C 6.如圖(甲)、(乙)所示的是與勻強(qiáng)磁場垂直放置的兩個(gè)光滑金屬框架,導(dǎo)體棒AB放在金屬框上.圖(甲)中接有一個(gè)電阻R,圖(乙)中接有一個(gè)自感系數(shù)為L、直流電阻也為R的線圈,其他部分兩圖都相同.下列說法中正確的是(  ) A.使導(dǎo)體棒AB以相同的加速度向右運(yùn)動(dòng)相同的

8、位移,則(甲)圖中外力做功多 B.使導(dǎo)體棒AB以相同的加速度向右運(yùn)動(dòng)相同的位移,則(乙)圖中外力做功多 C.使導(dǎo)體棒AB以相同的速度向右勻速運(yùn)動(dòng)相同的位移,則(甲)圖中外力做功多 D.使導(dǎo)體棒AB以相同的速度向右勻速運(yùn)動(dòng)相同的位移,則(乙)圖中外力做功多 解析:若導(dǎo)體棒AB以相同的加速度向右運(yùn)動(dòng)相同的位移,電路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流越來越大,線圈要產(chǎn)生自感電動(dòng)勢阻礙電流的增大,題圖(乙)中的電流要小一些,故題圖(甲)中外力做功多,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;若導(dǎo)體棒AB以相同的速度向右勻速運(yùn)動(dòng)相同的位移,則電路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流恒定,兩電路中的電流相等,外力相等則做功也相同,選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤. 答案:

9、A 7.(多選) 如圖所示,兩足夠長平行金屬導(dǎo)軌固定在水平面上,勻強(qiáng)磁場方向垂直導(dǎo)軌平面向下,金屬棒ab、cd與導(dǎo)軌構(gòu)成閉合回路且都可沿導(dǎo)軌無摩擦滑動(dòng),兩金屬棒ab、cd的質(zhì)量之比為2∶1.用一沿導(dǎo)軌方向的恒力F水平向右拉金屬棒cd,經(jīng)過足夠長時(shí)間以后(  ) A.金屬棒ab、cd都做勻速運(yùn)動(dòng) B.金屬棒ab上的電流方向是由b向a C.金屬棒cd所受安培力的大小等于2F/3 D.兩金屬棒間距離保持不變 解析:對(duì)兩金屬棒ab、cd進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)分析可知,兩金屬棒最終將做加速度相同的勻加速直線運(yùn)動(dòng),且金屬棒ab速度小于金屬棒cd速度,所以兩金屬棒間距離是變大的,由楞次定律判斷

10、金屬棒ab上的電流方向是由b到a,選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤,B正確;以兩金屬棒整體為研究對(duì)象有:F=3ma,隔離金屬棒cd分析其受力,則有:F-F安=ma,可求得金屬棒cd所受安培力的大小F安=F,選項(xiàng)C正確. 答案:BC 8.(多選) (xx·衡水模擬)如圖所示,在水平桌面上放置兩條相距l(xiāng)的平行粗糙且無限長的金屬導(dǎo)軌ab與cd,阻值為R的電阻與導(dǎo)軌的a、c端相連.金屬滑桿MN垂直于導(dǎo)軌并可在導(dǎo)軌上滑動(dòng),且與導(dǎo)軌始終接觸良好.整個(gè)裝置放于勻強(qiáng)磁場中,磁場的方向豎直向上,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B.滑桿與導(dǎo)軌電阻不計(jì),滑桿的中點(diǎn)系一不可伸長的輕繩,繩繞過固定在桌邊的光滑輕滑輪后,與一質(zhì)量為m的物塊相連

11、,拉滑桿的繩處于水平拉直狀態(tài).現(xiàn)若從靜止開始釋放物塊,用I表示穩(wěn)定后回路中的感應(yīng)電流,g表示重力加速度,設(shè)滑桿在運(yùn)動(dòng)中所受的摩擦阻力恒為Ff,則在物塊下落過程中(  ) A.物塊的最終速度為 B.物塊的最終速度為 C.穩(wěn)定后物塊重力的功率為I2R D.物塊重力的最大功率可能大于 解析:由題意分析可知,從靜止釋放物塊,它將帶動(dòng)金屬滑桿MN一起運(yùn)動(dòng),當(dāng)它們穩(wěn)定時(shí)最終將以某一速度做勻速運(yùn)動(dòng)而處于平衡狀態(tài).設(shè)MN的最終速度為v,對(duì)MN列平衡方程:+Ff=mg,得v=,所以選項(xiàng)A正確;又從能量守恒角度進(jìn)行分析,物塊的重力的功率轉(zhuǎn)化為因克服安培力做功而產(chǎn)生的電熱功率和克服摩擦力做功產(chǎn)生的熱功率,

12、所以有I2R+Ffv=mgv,得v=,故選項(xiàng)B正確;由于滑桿受摩擦力作用,物塊重力的功率大于I2R,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;物塊重力的最大功率為Pm=mgv=,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 答案:AB 9. (xx·安徽師大附中一模)如圖所示,光滑斜面的傾角為θ,斜面上放置一矩形導(dǎo)體線框abcd,ab邊的邊長為l1,bc邊的邊長為l2,線框的質(zhì)量為m,電阻為R,線框通過絕緣細(xì)線繞過光滑的滑輪與重物相連,重物質(zhì)量為M,斜面上ef線(ef平行底邊)的上方有垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,如果線框從靜止開始運(yùn)動(dòng),進(jìn)入磁場的最初一段時(shí)間做勻速運(yùn)動(dòng),且線框的ab邊始終平行底邊,則下列說法正確的是(  ) A

13、.線框進(jìn)入磁場前運(yùn)動(dòng)的加速度為 B.線框進(jìn)入磁場時(shí)勻速運(yùn)動(dòng)的速度為 C.線框做勻速運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間為 D.該勻速運(yùn)動(dòng)過程產(chǎn)生的焦耳熱為(Mg-mgsinθ)l2 解析:設(shè)線框進(jìn)入磁場前,線框和重物的加速度大小均為a,繩上拉力大小為FT,則FT-mgsinθ=ma,Mg-FT=Ma,聯(lián)立可得a=,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;設(shè)線框進(jìn)入磁場時(shí)做勻速運(yùn)動(dòng)的速度為v,則根據(jù)線框的平衡條件可得mgsinθ+F安=Mg,其中F安=,可得v=,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;線框做勻速運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間t==,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;根據(jù)能量守恒定律,該勻速運(yùn)動(dòng)過程中系統(tǒng)減少的重力勢能等于產(chǎn)生的焦耳熱,所以Q=(Mg-mgsinθ)l2,選項(xiàng)D正確. 答

14、案:D 10.(多選)(xx·陜西省五校高三聯(lián)合考試)在如圖所示的傾角為θ的光滑斜面上,存在著兩個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B的勻強(qiáng)磁場區(qū)域, 區(qū)域Ⅰ的磁場方向垂直斜面向上,區(qū)域Ⅱ的磁場方向垂直斜面向下,磁場寬度HP及PN均為L,一個(gè)質(zhì)量為m、電阻為R、邊長也為L的正方形導(dǎo)線框,由靜止開始沿斜面下滑,t1時(shí)刻ab邊剛越過GH進(jìn)入磁場Ⅰ區(qū)域,此時(shí)導(dǎo)線框恰好以速度v1做勻速直線運(yùn)動(dòng);t2時(shí)刻ab邊下滑到JP與MN的中間位置,此時(shí)導(dǎo)線框又恰好以速度v2做勻速直線運(yùn)動(dòng).重力加速度為g,下列說法中正確的是(  ) A.當(dāng)ab邊剛越過JP時(shí),導(dǎo)線框的加速度大小為a=gsinθ B.導(dǎo)線框兩次勻速直線運(yùn)

15、動(dòng)的速度v1∶v2=4∶1 C.從t1到t2的過程中,導(dǎo)線框克服安培力做功的大小等于重力勢能的減少 D.從t1到t2的過程中,有+機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能 解析:ab邊剛越過GH進(jìn)入磁場Ⅰ區(qū)域時(shí),電動(dòng)勢E1=BLv1,電流I1==,線框做勻速運(yùn)動(dòng),所以mgsinθ=BI1L=,當(dāng)ab邊剛越過JP時(shí),電動(dòng)勢E2=2BLv1,I2==,根據(jù)牛頓第二定律2BI2L-mgsinθ=ma,聯(lián)立解得a=3gsinθ,所以A錯(cuò)誤;當(dāng)a=0時(shí),以速度v2做勻速直線運(yùn)動(dòng),即2BI2L-mgsinθ=0,得:mgsinθ=,所以v1∶v2=4∶1,故B正確;從t1到t2的過程中,根據(jù)能量守恒導(dǎo)線框克服安培力做功的大

16、小等于重力勢能的減少量加上動(dòng)能的減少量,即克服安培力做功W=+,所以C錯(cuò)誤;又克服安培力做功等于產(chǎn)生的電能,所以D正確. 答案:BD 二、非選擇題 11. 如圖所示,兩根足夠長的金屬導(dǎo)軌ab、cd豎直放置,導(dǎo)軌間距離為L,電阻不計(jì).在導(dǎo)軌上端并接兩個(gè)額定功率均為P、電阻均為R的小燈泡.整個(gè)系統(tǒng)置于勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與導(dǎo)軌所在平面垂直.現(xiàn)將一質(zhì)量為m、電阻可以忽略的金屬棒MN從圖示位置由靜止開始釋放,金屬棒下落過程中保持水平,且與導(dǎo)軌接觸良好.已知某時(shí)刻后兩燈泡保持正常發(fā)光.重力加速度為g.求: (1)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小; (2)燈泡正常發(fā)光時(shí)導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)速率. 解析:(

17、1)設(shè)小燈泡的額定電流為I0,有 P=IR 由題意知,在金屬棒沿導(dǎo)軌豎直下落的某時(shí)刻后,兩小燈泡保持正常發(fā)光,流經(jīng)MN的電流為I=2I0 此時(shí)金屬棒MN所受的重力和安培力大小相等,下落的速度達(dá)到最大值,有mg=ILB,聯(lián)立解得B=. (2)設(shè)燈泡正常發(fā)光時(shí),導(dǎo)體棒的速率為v,由電磁感應(yīng)定律與歐姆定律得E=BLv,E=RI0 聯(lián)立得v=. 答案:(1) (2) 12.(xx·衡水中學(xué)高三二調(diào))如圖甲所示,兩根與水平面成θ=30°角的足夠長光滑金屬導(dǎo)軌平行放置,導(dǎo)軌間距為L=1 m,導(dǎo)軌底端接有阻值為0.5 Ω的電阻R,導(dǎo)軌的電阻忽略不計(jì).整個(gè)裝置處于勻強(qiáng)磁場中,磁場方向垂直于導(dǎo)軌平

18、面斜向上,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1 T.現(xiàn)有一質(zhì)量為m=0.2 kg、電阻為0.5 Ω的金屬棒用細(xì)繩通過光滑滑輪與質(zhì)量為M=0.5 kg的物體相連,細(xì)繩與導(dǎo)軌平面平行.將金屬棒與M由靜止釋放,棒沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)了2 m后開始做勻速運(yùn)動(dòng).運(yùn)動(dòng)過程中,棒與導(dǎo)軌始終保持垂直接觸.(取重力加速度g=10 m/s2)求: (1)金屬棒勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度; (2)棒從釋放到開始勻速運(yùn)動(dòng)的過程中,電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱; (3)若保持某一大小的磁感應(yīng)強(qiáng)度B1不變,取不同質(zhì)量M的物塊拉動(dòng)金屬棒,測出金屬棒相應(yīng)的做勻速運(yùn)動(dòng)的v值,得到實(shí)驗(yàn)圖象如圖乙所示,請(qǐng)根據(jù)圖中的數(shù)據(jù)計(jì)算出此時(shí)的B1; (4)改變磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為

19、B2,B2=2B1,其他條件不變,請(qǐng)?jiān)谧鴺?biāo)圖上畫出相應(yīng)的v-M圖線,并請(qǐng)說明圖線與M軸的交點(diǎn)的物理意義. 解析:(1)金屬棒受力平衡,所以 Mg=mgsinθ+① 所求速度為:v==4 m/s② (2)對(duì)于系統(tǒng),由能量守恒有: Mgs=mgssinθ+2Q+(M+m)v2③ 所求熱量為:Q=(Mgs-mgssinθ)/2-(M+m)v2/4=1.2 J④ (3)由上(2)式變換成速度與質(zhì)量的函數(shù)關(guān)系為: v==M-⑤ 再由圖象可得:=,B1=0.54 T (4)由上⑤式的函數(shù)關(guān)系可知,當(dāng)B2=2B1時(shí),圖線的斜率減小為原來的1/4.(畫出圖線) 與M軸的交點(diǎn)不變,與M軸的交點(diǎn)為M=msinθ. 答案:(1)4 m/s (2)1.2 J (3)M- 0.54 T (4)見解析

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