2019年高考物理大二輪復習 專題四 電路與電磁感應 專題跟蹤訓練12 電磁感應及綜合應用.doc
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專題跟蹤訓練(十二) 電磁感應及綜合應用 一、選擇題 1.(2018全國卷Ⅲ)(多選)如圖(a),在同一平面內固定有一長直導線PQ和一導線框R,R在PQ的右側.導線PQ中通有正弦交流電i,i的變化如圖(b)所示,規(guī)定從Q到P為電流正方向.導線框R中的感應電動勢( ) A.在t=時為零 B.在t=時改變方向 C.在t=時最大,且沿順時針方向 D.在t=T時最大,且沿順時針方向 [解析] 因通電導線的磁感應強度大小正比于電流的大小,故導線框R中磁感應強度與時間的變化關系類似于題圖(b),感應電動勢正比于磁感應強度的變化率,即題圖(b)中的切線斜率,斜率的正負反映電動勢的方向,斜率的絕對值反映電動勢的大小.由題圖(b)可知,電流為零時,電動勢最大,電流最大時電動勢為零,A正確,B錯誤.再由楞次定律可判斷在一個周期內,~內電動勢的方向沿順時針,時刻最大,C正確,其余時間段電動勢沿逆時針方向,D錯誤. [答案] AC 2.(2018昆明市高三摸底)(多選)如圖甲所示,導體框架abcd放置于水平面內,ab平行于cd,導體棒MN與兩導軌垂直并與導軌接觸良好,整個裝置置于垂直于框架平面的磁場中,磁感應強度B隨時間的變化規(guī)律如圖乙所示,MN始終保持靜止.規(guī)定豎直向上為磁場正方向,沿導體棒由M到N為感應電流的正方向,水平向右為導體棒所受安培力F的正方向,水平向左為導體棒所受摩擦力f的正方向,下列圖象中正確的是( ) [解析] 在0~t1時間內,磁感應強度B豎直向上且大小不變,則閉合回路中的磁通量Φ不變,沒有發(fā)生電磁感應現(xiàn)象,閉合回路中無感應電流,導體棒MN不受安培力的作用,考慮到導體棒MN始終處于靜止狀態(tài),知此時間段內導體棒MN不受摩擦力,選項C錯誤;在t1~t2時間內,磁感應強度B豎直向上且均勻減小,則閉合回路中的磁通量Φ均勻減少,發(fā)生電磁感應現(xiàn)象,閉合回路中有感應電流,由楞次定律判斷知,感應電流為逆時針方向,即由M流向N,電流為正方向感應電流,導體棒MN受安培力的作用,由左手定則判斷知,安培力方向水平向右,為正方向,考慮到導體棒MN始終處于靜止狀態(tài),知此時間段內導體棒MN受摩擦力,大小與安培力大小相等,方向與安培力方向相反,即水平向左,也為正方向,由法拉第電磁感應定律E=n=nS=nkS(定值),其中k為B-t圖象的斜率的絕對值,為定值,根據(jù)歐姆定律I==(定值),安培力大小F=BIL=[B0-k(t-t1)]L(隨時間均勻減小),摩擦力大小f=F=[B0-k(t-t1)]L(隨時間均勻減小);在t2~t3時間內,磁感應強度B豎直向下且均勻增大,則閉合回路中的磁通量Φ均勻增加,發(fā)生電磁感應現(xiàn)象,閉合回路中有感應電流,由楞次定律判斷知,感應電流為逆時針方向,即由M流向N,為正方向感應電流,選項A錯誤;t2~t3時間內,導體棒MN受安培力的作用,由左手定則判斷知,安培力方向水平向左,為負方向,考慮到導體棒MN始終處于靜止狀態(tài)知,此時間段內導體棒MN受摩擦力,大小與安培力大小相等,方向與安培力方向相反,即水平向右,也為負方向,由法拉第電磁感應定律E=n=nS=nkS(定值),其中k為B-t圖象的斜率的絕對值,為定值,根據(jù)歐姆定律I==(定值),選項B正確;t2~t3時間內安培力大小F=BIL=k(t-t2)L(隨時間均勻增大),摩擦力大小f=F=k(t-t2)L(隨時間均勻增大),選項D正確. [答案] BD 3.(2018武漢市武昌區(qū)高三調研) (多選)如圖1和圖2所示,勻強磁場的磁感應強度大小均為B,垂直于磁場方向均有一足夠長的、間距均為l的光滑豎直金屬導軌,圖1和圖2的導軌上端分別接有阻值為R的電阻和電容為C的電容器(不會被擊穿),水平放置的、質量分布均勻的金屬棒的質量均為m,現(xiàn)使金屬棒沿導軌由靜止開始下滑,金屬棒和導軌始終接觸良好且它們的電阻均可忽略.以下關于金屬棒運動情況的說法正確的是(已知重力加速度為g)( ) A.圖1中的金屬棒先做勻加速直線運動,達到最大速度vm=后,保持這個速度做勻速直線運動 B.圖1中的金屬棒先做加速度逐漸減小的加速運動,達到最大速度vm=后,保持這個速度做勻速直線運動 C.圖2中電容器相當于斷路,金屬棒做加速度大小為g的勻加速直線運動 D.圖2中金屬棒做勻加速直線運動,且加速度大小為a= [解析] 題圖1中金屬棒下落的過程中,受重力和向上的安培力,由牛頓第二定律可知mg-=ma,當金屬棒下落的速度逐漸增大時,金屬棒的加速度逐漸減小,當a=0時mg=,則vm=,此后金屬棒保持該速度做勻速直線運動,A錯誤,B正確;題圖2中當金屬棒下落的過程中,速度逐漸增大,金屬棒產生的感應電動勢逐漸增大,導體棒對電容器充電,由右手定則知回路中產生逆時針方向的感應電流,根據(jù)左手定則知金屬棒所受的安培力豎直向上,金屬棒的加速度小于g,C錯誤;題圖2中金屬棒做加速運動,開始金屬棒中的感應電動勢為E=Blv,經時間Δt金屬棒的速度增加Δv,則金屬棒的加速度大小為a=,此時金屬棒中的感應電動勢大小為E′=Bl(v+Δv),則電容器兩極板所帶電荷量的改變量為Δq=C(E′-E)=CBlΔv,金屬棒中的電流大小為I==CBla,由牛頓第二定律可知mg-BIl=ma,由以上解得a=,D正確. [答案] BD 4.(2018綿陽市高中二診)兩根足夠長的光滑導軌豎直放置,間距為L,底端接阻值為R的電阻,將質量為m的金屬棒懸掛在一個固定的輕彈簧下端,金屬棒和導軌接觸良好,導軌所在平面與磁感應強度為B的勻強磁場垂直,如圖所示.除電阻R外其余電阻不計,現(xiàn)將金屬棒從彈簧原長位置由靜止釋放,則( ) A.釋放瞬間金屬棒的加速度不等于重力加速度g B.金屬棒向下運動時,流過電阻R的電流方向為a→b C.金屬棒的速度為v時,所受的安培力大小為F= D.電阻R上產生的總熱量等于金屬棒重力勢能的減少量 [解析] 釋放瞬間金屬棒的速度為零,沒有感應電流產生,不受安培力,彈簧彈力也為零,金屬棒只受重力,所以金屬棒的加速度為g,故A錯誤;金屬棒向下運動時切割磁感線,根據(jù)右手定則判斷可知,流過電阻R的電流方向為b→a,故B錯誤;金屬棒的速度為v時,回路中產生的感應電流為I=,金屬棒所受的安培力大小為F=BIL=BL=,故C正確;由于金屬棒產生感應電流,受到安培力的阻礙作用,系統(tǒng)的機械能不斷減少,最終金屬棒停止運動,此時彈簧具有一定的彈性勢能,所以金屬棒的重力勢能轉化為內能和彈簧的彈性勢能,根據(jù)能量守恒定律可知,在金屬棒運動的過程中,電阻R上產生的總熱量等于棒的重力勢能減少量與彈簧彈性勢能之差,故D錯誤. [答案] C 5.(2018惠州市高三三調)(多選)如圖甲所示,光滑平行金屬導軌MN、PQ所在平面與水平面成θ角,M、P兩端接一電阻R,整個裝置處于方向垂直導軌平面向上、大小為B的勻強磁場中,兩導軌間的距離為l.t=0時對金屬棒施加一平行于導軌的外力F,使金屬棒由靜止開始沿導軌向上運動,金屬棒電阻為r,導軌電阻忽略不計.已知通過電阻R的感應電流I隨時間t變化的關系如圖乙所示.下列關于棒運動的速度v、外力F、流過R的電荷量q以及閉合回路中磁通量的變化率隨時間變化的圖象正確的是( ) [解析] 根據(jù)題圖乙所示的I-t圖象可知I=kt,其中k為比例系數(shù),由閉合電路歐姆定律可得I==kt,又E=Blv,整理得v=t,v-t圖象是一條過原點的斜率大于零的直線,說明金屬棒做的是初速度為零的勻加速直線運動,即v=at,A正確;由法拉第電磁感應定律E=,則得=k(R+r)t,-t的圖象是一條過原點的斜率大于零的直線,B正確.對金屬棒在沿導軌方向列出動力學方程,F(xiàn)-BIl-mgsinθ=ma,而I=,v=at,整理得F=+ma+mgsinθ,可見F-t圖象是一條斜率大于零且縱截距大于零的直線,C錯誤;q=IΔt===t2,則q-t圖象應是一條開口向上的拋物線,D錯誤. [答案] AB 6.(2018石家莊質檢二)如圖甲所示,導體棒MN置于水平導軌上,P、Q之間有阻值為R的電阻,PQNM所圍的面積為S,不計導軌和導體棒的電阻.導軌所在區(qū)域內存在沿豎直方向的磁場,規(guī)定磁場方向豎直向上為正,在0~2t0時間內磁感應強度的變化情況如圖乙所示,導體棒MN始終處于靜止狀態(tài).下列說法正確的是( ) A.在0~t0和t0~2t0內,導體棒受到導軌的摩擦力方向相同 B.在t0~2t0內,通過電阻R的電流方向為P到Q C.在0~t0內,通過電阻R的電流大小為 D.在0~2t0內,通過電阻R的電荷量為 [解析] 由楞次定律和右手定則,結合題圖可知,0~t0時間內,通過電阻R的電流方向為P→Q,t0~2t0時間內,電流方向為Q→P,B項錯誤;由左手定則可知,兩段時間內安培力方向相反,故導體棒所受靜摩擦力方向相反,A項錯誤;由法拉第電磁感應定律可知,0~t0時間內,E1=,所以通過R的電流I1=,C項錯誤;在0~2t0時間內,PQNM范圍內磁通量變化量為ΔΦ=B0S,則通過電阻R的電荷量q=2t0=2t0=2t0=,D項正確. [答案] D 7.(2018鄭州市第二次質量預測)(多選)如圖,MN和PQ是電阻不計的平行金屬導軌,其間距為L,導軌彎曲部分光滑,平直部分粗糙,兩部分平滑連接,固定在水平面上,右端接一個阻值為R的定值電阻.平直部分導軌左邊區(qū)域有寬度為d、方向豎直向上、磁感應強度大小為B的勻強磁場.質量為m、電阻也為R的金屬棒從彎曲導軌上高為h處由靜止釋放,到達磁場右邊界處恰好停止.已知金屬棒與平直部分導軌間的動摩擦因數(shù)為μ,金屬棒與導軌始終垂直且接觸良好,則金屬棒穿過磁場區(qū)域的過程中(重力加速度為g)( ) A.金屬棒中的最大電流為 B.金屬棒克服安培力做的功為mgh C.通過金屬棒的電荷量為 D.金屬棒產生的焦耳熱為mg(h-μd) [解析] 由機械能守恒定律知,金屬棒沿光滑導軌下滑,mgh=mv2,解得金屬棒到達磁場時速度v=,金屬棒以初速度v進入磁場區(qū)域切割磁感線產生的感應電動勢和感應電流最大,產生的最大感應電動勢為Em=BL,最大感應電流Im==,選項A錯誤;由于金屬棒與平直部分導軌有摩擦,根據(jù)功能關系,金屬棒克服摩擦力做的功與克服安培力做的功的代數(shù)和等于mgh,選項B錯誤;由E=,I=,q=IΔt,ΔΦ=BLd,聯(lián)立解得通過金屬棒的電荷量q=,選項C正確;設金屬棒產生的焦耳熱為Q,則電阻產生的焦耳熱也為Q,由能量守恒定律有,μmgd+2Q=mgh,解得Q=mg(h-μd),選項D正確. [答案] CD 8.(2018武漢市高三調研)(多選)如圖(a)所示,水平面內有一光滑金屬導軌,ac邊的電阻為R,其他電阻均不計,ab與ac夾角為135,cd與ac垂直.將質量為m的長直導體棒擱在導軌上,并與ac平行.棒與ab、cd交點G、H間的距離為L0,空間存在垂直于導軌平面的勻強磁場,磁感應強度為B.在外力作用下,棒由GH處以初速度v0向右做直線運動.其速度的倒數(shù)隨位移x變化的關系如圖(b)所示.在棒運動L0到MN處的過程中( ) A.導體棒做勻變速直線運動 B.導體棒運動的時間為 C.流過導體棒的電流大小不變 D.外力做的功為+ [解析] 根據(jù)題圖(b)導體棒運動的速度的倒數(shù)隨位移x變化的關系可知,導體棒做非勻變速直線運動,選項A錯誤;根據(jù)導體棒運動的速度的倒數(shù)隨位移x變化的圖線與橫軸所圍的面積表示時間可知,導體棒運動的時間為t=L0=,選項B正確;根據(jù)題圖(b)導體棒運動的速度的倒數(shù)隨位移x變化的關系圖象可得,=+x,解得v=,導體棒切割磁感線的有效長度L=L0+x,根據(jù)法拉第電磁感應定律,導體棒切割磁感線產生的感應電動勢E=BLv=B(L0+x)=BL0v0,為一恒量,由閉合電路歐姆定律可知,流過導體棒的電流大小I==不變,選項C正確;根據(jù)能量守恒知,在棒從HG處運動到MN處的過程中,外力做的功等于電阻產生的熱量Q和金屬棒動能變化量的代數(shù)和,電阻產生的熱量Q=I2Rt=2R=,金屬棒動能變化量ΔEk=m2-mv=-mv,即外力做的功為W=-mv,選項D錯誤. [答案] BC 9.(2018江蘇卷)(多選)如圖所示,豎直放置的“”形光滑導軌寬為L,矩形勻強磁場Ⅰ、Ⅱ的高和間距均為d,磁感應強度為B.質量為m的水平金屬桿由靜止釋放,進入磁場Ⅰ和Ⅱ時的速度相等.金屬桿在導軌間的電阻為R,與導軌接觸良好,其余電阻不計,重力加速度為g.金屬桿( ) A.剛進入磁場Ⅰ時加速度方向豎直向下 B.穿過磁場Ⅰ的時間大于在兩磁場之間的運動時間 C.穿過兩磁場產生的總熱量為4mgd D.釋放時距磁場Ⅰ上邊界的高度h可能小于 [解析] 根據(jù)題述,由金屬桿進入磁場Ⅰ和進入磁場Ⅱ時速度相等可知,金屬桿在磁場Ⅰ中做減速運動,所以金屬桿剛進入磁場Ⅰ時加速度方向豎直向上,選項A錯誤;由于金屬桿進入磁場Ⅰ后做加速度逐漸減小的減速運動,而在兩磁場之間做勻加速運動,所以穿過磁場Ⅰ的時間大于在兩磁場之間的運動時間,選項B正確;根據(jù)能量守恒定律,金屬桿從剛進入磁場Ⅰ到剛進入磁場Ⅱ過程動能變化量為0,重力做功為2mgd,則金屬桿穿過磁場Ⅰ產生的熱量Q1=2mgd,而金屬桿在兩磁場區(qū)域的運動情況相同,產生的熱量相等,所以金屬桿穿過兩磁場產生的總熱量為22mgd=4mgd,選項C正確;金屬桿剛進入磁場Ⅰ時的速度v=,進入磁場Ⅰ時產生的感應電動勢E=BLv,感應電流I=,所受安培力F=BIL,由于 金屬桿剛進入磁場Ⅰ時加速度方向豎直向上,所以安培力大于重力,即F>mg,聯(lián)立解得h>,選項D錯誤. [答案] BC 二、非選擇題 10.(2018廣州市畢業(yè)班綜合測試)如圖甲,兩根足夠長的平行光滑金屬導軌固定在水平面內,導軌間距為1.0 m,左端連接阻值R=4.0 Ω的電阻;勻強磁場的磁感應強度B=0.5 T、方向垂直導軌所在平面向下;質量m=0.2 kg、長度l=1.0 m、電阻r=1.0 Ω的金屬桿置于導軌上,向右運動并與導軌始終保持垂直且接觸良好.t=0時對桿施加一平行于導軌方向的外力F,桿運動的v-t圖象如圖乙所示.其余電阻不計.求: (1)從t=0開始,金屬桿運動距離為5 m時電阻R兩端的電壓; (2)0~3.0 s內,外力F大小隨時間t變化的關系式. [解析] (1)根據(jù)v-t圖象可知金屬桿做勻減速直線運動的時間Δt=3 s,t=0時桿的速度為v0=6 m/s 由運動學公式得其加速度大小a= 設桿運動了5 m時速度為v1,則v-v=-2as1 此時,金屬桿產生的感應電動勢E1=Blv1 回路中產生的電流I1= 電阻R兩端的電壓U=I1R 聯(lián)立解得U=1.6 V (2)由t=0時BIl- 配套講稿:
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