2020版高考物理一轮复习全程训练计划课练31电磁感应定律的综合应用含解析.pdf
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1、电磁感应定律的综合应用电磁感应定律的综合应用 小题狂练 小题是基础 练小题 提分快 31 1. 名师原创(多选)如图所示是世界上早期制造的发电机及电动机的实验装置, 有一个可 绕固定转轴转动的铜盘, 铜盘的一部分处在蹄形磁铁当中 实验时用导线 A 连接铜盘的中心, 用导线 B 连接铜盘的边缘,则下列说法中正确的是( ) A若导线 A、B 连接,用外力摇手柄使铜盘转动,闭合电路中会产生感应电流 B若导线 A、B 连接,用外力摇手柄使铜盘转动,则 B 端电势高于 A 端 C若导线 A、B 与外电源连接,当 A 接电源正极时,从上向下看铜盘会逆时针转动 D若导线 A、B 连接一用电器,当用外力摇手柄
2、使铜盘匀速转动时,则有交变电流流过 用电器 答案:AC 解析 : 若逆时针摇手柄(从上向下看), 由右手定则可知, 产生的感应电流从导线 A 流出, 导线 A 相当于连接电源正极,电势高,A正确,B错误;若将导线 A、B 连接外电源,A 接正 极时,则由左手定则可知,铜盘会逆时针转动,C正确;若导线 A、B 连接一用电器,当用 外力摇手柄使铜盘匀速转动起来时,产生的是直流电,D错误 2. 名师原创一匝由粗细均匀的同种导线绕成的矩形导线框 abcd 固定不动,其中矩形区 域efcd存在磁场(未画出), 磁场方向与线圈平面垂直, 磁感应强度大小B随时间t均匀变化, 且k(k0),已知 abfc4L
3、,bc5L,已知 L 长度的电阻为 r,则导线框 abcd 中的电 B t 流为( ) A. B. 8kL2 9r 25kL2 18r C. D. 4kL2 9r 25kL2 9r 答案:A 解析 : 电路中的总电阻为 R18r, 电路中的感应电动势为 ES16kL2, 导线框 abcd B t 中的电流为 I ,选项A正确 E R 8kL2 9r 3. 母题改编在范围足够大、方向垂直纸面向里、磁感应强度大小为 B0.2 T的匀强磁 场中,有一水平放置的光滑金属框架,宽度 L0.4 m,如图所示,框架上放置一质量为 m 0.05 kg、长度为 L、电阻为 r1 的金属杆 MN,且金属杆 MN
4、始终与金属框架接触良好, 金 属框架电阻不计,左侧 a、b 端连一阻值为 R3 的电阻,且 b 端接地若金属杆 MN 在水 平外力 F 的作用下以恒定的加速度 a2 m/s2由静止开始向右做匀加速运动,则下列说法正 确的是( ) A在 5 s内流过电阻 R 的电荷量为 0.1 C B5 s末回路中的电流为 0.8 A C5 s末 a 端处的电势为 0.6 V D如果 5 s末外力消失,最后金属杆将停止运动,5 s后电阻 R 产生的热量为 2.5 J 答案:C 解析 : 在 t5 s内金属杆的位移 x at225 m,5 s内的平均速度 5 m/s,故平均 1 2 v x t 感应电动势 BL
5、0.4 V, 在 5 s内流过电阻 R 的电荷量为 qt0.5 C,A错误 ; 5 Ev E Rr s末金属杆的速度 vat10 m/s, 此时感应电动势 EBLv, 则回路中的电流为 I BLv Rr 0. 2 A,B错误;5 s末 a 点的电势 aUabIR0.6 V,C正确;如果 5 s末外力消失,最后 金属杆将停止运动,5 s末金属杆的动能将转化为整个回路中产生的热量,所以电阻 R 产生 的热量为 mv21.875 J,D错误 R Rr 1 2 4名师原创如图甲所示,单匝矩形线圈 abcd 垂直固定在匀强磁场中规定垂直纸面 向里为磁感应强度的正方向, 磁感应强度随时间变化的规律如图乙所
6、示 以逆时针方向为电 流正方向,以向右方向为安培力正方向,下列关于 bc 段导线中的感应电流 i 和受到的安培 力 F 随时间变化的图象正确的是( ) 答案:B 解析:00.5T 时间内,磁感应强度减小,方向垂直纸面向里,由楞次定律可知,产生 的感应电流沿顺时针方向,为负,同理可知,0.5TT 时间内,电流为正,由法拉第电磁感 应定律可知, 00.5T 时间内通过 bc 段导线的电流是 0.5TT 时间内通过 bc 段导线的 ,A 1 2 错,B对;由安培力公式 FBIL,I ,ES 可知,tT 时 bc 段导线受到的安 E R t B t 培力大小是 t0 时 bc 段导线受到的安培力大小的
7、 4 倍,C、D均错 5. 新情景题(多选)如图所示为粗细均匀的铜导线制成的半径为 r 的圆环,PQ 为圆环的 直径, 其左右两侧存在垂直圆环所在平面的匀强磁场, 磁感应强度大小均为 B, 但方向相反, 圆环的电阻为 2R.一根长度为 2r、电阻为 R 的金属棒 MN 绕着圆环的圆心 O 点紧贴着圆环以 角速度 沿顺时针方向匀速转动,转动过程中金属棒与圆环始终接触良好,则金属棒旋转 一周的过程中( ) A金属棒中电流方向始终由 N 到 M B金属棒中电流的大小始终为2Br 2 3R C金属棒两端的电压大小始终为 Br2 1 3 D电路中产生的热量为4B 2r4 3R 答案:BCD 解析:根据右
8、手定则可知,金属棒在题图所示位置时,电流方向由 M 到 N,当金属棒经 过直径 PQ 后,电流方向由 N 到 M,A错误 ; 根据法拉第电磁感应定律可得,产生的感应电动 势 E2 Br2Br2,等效电路如图所示,两半圆环并联的总电阻为 R总 ,所 1 2 RR RR R 2 以金属棒中的电流为 I,B正确 ; 金属棒两端的电压大小为 U R E R总R Br2 1 2RR 2Br2 3R I 2 Br2,C正确;金属棒旋转一周的过程中,电路中产生的热量为 QI2( R) 1 3 R 2 2 ,D正确 4B2r4 3R 6. 母题改编如图所示,A和B是两个完全相同的灯泡,C和D都是理想二极管,两
9、二极 管的正向电阻为零,反向电阻无穷大,L 是带铁芯的线圈,其自感系数很大,直流电阻忽略 不计下列说法正确的是( ) A开关S闭合,A先亮 B开关S闭合,A、B同时亮 C开关S断开,B逐渐熄灭 D开关S断开,A闪亮一下,然后逐渐熄灭 答案:D 解析 : 开关S闭合瞬间,线圈中电流逐渐增大,线圈中产生的感应电动势会阻碍电流的 增加,故B逐渐变亮, 二极管D反向不导通, 故A不亮, 选项A、B错误 ; 开关S断开瞬间,B 立刻熄灭,由于二极管正向导通,故线圈与A形成回路,A闪亮一下,然后逐渐熄灭,故选 项C错误,D正确 7. 预测新题(多选)如图所示,在地面上方空间存在有磁感应强度大小为 B、方向
10、垂直纸 面向里的匀强磁场在磁场中有一长为 L、内壁光滑且绝缘的细筒 MN 竖直(纸面)放置,筒 的底部有一质量为 m,带电荷量为q 的小球,现使细筒 MN 沿垂直磁场方向水平向右以 v0 的速度匀速运动, 重力加速度大小为 g, 设小球所带电荷量不变 下列说法正确的是 ( ) A若 v0,则小球能沿筒壁上升 mg Bq B若 v0,则经过时间 t小球从 M 端离开细筒 2mg Bq 2L g C若 v0,则小球离开细筒 M 端时对地的速度大小为 2mg Bq 2gL2m 2g2 B2q2 D若 v0,则小球对筒底的压力大小为 mg mg 2Bq 1 2 答案:BD 解析 : 由题意可知,细筒内
11、带正电的小球将随筒一起向右运动,它在磁场中将受到向上 的洛伦兹力作用,FyBqv0,若 v0,有 Fymg,小球不能沿筒壁上升,A错误;若 v0 mg Bq , 在竖直方向有 Bqv0mgma, 根据 L at2, 则小球经过时间 t从 M 端离开细筒,B 2mg Bq 1 2 2L g 正确;若 v0,小球离开 M 端时的速度水平分量 vxv0,竖直分量 vyat, 2mg Bq 2mg qB 2gL 所以小球离开 M 端时对地的速度大小 v,C错误;若 v0,则筒底对小球2gL4m 2g2 B2q2 mg 2Bq 的支持力大小 NmgBqv0 mg,由牛顿第三定律可知D正确 1 2 820
12、19内蒙古包头一中检测(多选)如图甲所示,很长的粗糙的导轨 MN 和 PQ 水平 平行放置,MP 之间有一定值电阻 R,金属棒 ab 的电阻为 r,不计导轨电阻,整个装置处于 垂直纸面向里的匀强磁场中, t0 时刻, ab 棒从静止开始, 在外力 F 作用下沿导轨向右运动, 金属棒 ab 中的电流随时间变化如图乙所示, 则下列关于 ab 棒的加速度 a 随时间 t 变化的图 象,R 上通过的电荷量 qR 随时间的平方 t2变化的图象,正确的是( ) 答案:BC 解析:设金属棒长 L,Ikt,则由欧姆定律可知:Ikt,所以 vt, Blv Rr kRr BL 即有 a常数,故A错误,B正确;由电
13、路原理可知:通过 R 的电流等于通过金 kRr BL 属棒 ab 的电流,所以 qR It kt2,故C正确,D错误;故选B、C. 1 2 1 2 92019湖北省黄冈中学质检如图甲所示,绝缘的水平桌面上放置一金属圆环,在 圆环的正上方放置一个螺线管, 在螺线管中通入如图乙所示的电流, 电流从螺线管 a 端流入 为正,以下说法正确的是( ) A从上往下看,01 s内圆环中的感应电流沿顺时针方向 B01 s内圆环有扩张的趋势 C3 s末圆环对桌面的压力小于圆环的重力 D12 s内和 23 s内圆环中的感应电流方向相反 答案:A 解析 : 由题图乙知,01 s内螺线管中电流逐渐增大,穿过圆环向上的
14、磁通量增大,由 楞次定律知,从上往下看,01 s内圆环中的感应电流沿顺时针方向,圆环中感应电流产生 的磁场向下,圆环有缩小的趋势,选项A正确、B错误;同理可得 12 s内和 23 s内圆 环中的感应电流方向相同,选项D错误;3 s末电流的变化率为 0,螺线管中磁感应强度的 变化率为 0,在圆环中不产生感应电流,圆环对桌面的压力等于圆环的重力,选项C错误 10. 2019河北省定州中学检测(多选)如图所示,间距为 L、电阻不计的足够长的平行光 滑金属导轨水平放置,导轨左端用一阻值为 R 的电阻连接,导轨上横跨一根质量为 m、电阻 也为 R 的金属棒,金属棒与导轨接触良好整个装置处于竖直向上、磁感
15、应强度大小为 B 的 匀强磁场中现使金属棒以初速度 v0沿导轨向右运动,若在整个运动过程中通过金属棒的 电荷量为 q.下列说法正确的是( ) A金属棒在导轨上做匀减速运动 B整个过程中金属棒克服安培力做的功为 mv 1 2 2 0 C整个过程中金属棒在导轨上发生的位移为2qR BL D整个过程中电阻 R 上产生的焦耳热为 mv 1 2 2 0 答案:BC 解析:金属棒向右运动,切割磁感线产生的感应电动势 EBLv,线框中产生的感应电 流 I,金属棒受到的安培力水平向左,大小为 FBIL,金属棒在安培力 E RR BLv 2R B2L2v 2R 作用下做减速运动,速度变小,安培力变小,加速度变小
16、,选项A错直到速度减小到 0, 安培力变为 0,金属棒停止运动,此过程根据动能定理,金属棒克服安培力做的功等于减少 的动能, 即 mv , 选项B对 通过金属棒的电荷量q ttt 1 2 2 0 I E 2R 2Rt 2R B,可得位移 x,选项C对整个电路即金属棒和电阻 R 上产生的总热量等于克服安 Lx 2R 2Rq BL 培力做的功,即 mv ,所以电阻 R 上产生的热量小于 mv ,选项D错 1 2 2 0 1 2 2 0 11(多选)在水平放置的两条平行光滑直导轨上有一垂直其放置的金属棒 ab,匀强磁 场与轨道平面垂直,磁场方向如图所示,导轨接有两定值电阻及电阻箱 R,R15 ,R2
17、 6 ,其余电阻不计电路中的电压表量程为 010 V,电流表的量程为 03 A,现将 R 调 至 30 ,用 F40 N的水平向右的力使 ab 垂直导轨向右平移,当棒 ab 达到稳定状态时, 两 电表中有一表正好达到满偏,而另一表未达到满偏则下列说法正确的是( ) A当棒 ab 达到稳定状态时,电流表满偏 B当棒 ab 达到稳定状态时,电压表满偏 C当棒 ab 达到稳定状态时,棒 ab 的速度是 1 m/s D当棒 ab 达到稳定状态时,棒 ab 的速度是 2 m/s 答案:BC 解析:假设电压表满偏,则通过电流表的电流为 I2 A0),虚线 ab 与正方形的一条对角线重合,导线的电阻率为 .
18、则下列说法正确 B t 的是( ) A线框中产生顺时针方向的感应电流 B线框具有扩张的趋势 C若某时刻的磁感应强度为 B,则线框受到的安培力为 2kBL 2S 8 D线框中 a、b 两点间的电势差大小为kL 2 2 答案:C 解析:根据楞次定律,线框中产生的感应电流方向沿逆时针方向,故A错误;B 增大, 穿过线框的磁通量增大,根据楞次定律,感应电流的磁场为了阻碍磁通量的增加,线框有收 缩的趋势,故B错误;由法拉第电磁感应定律得:ES L2 kL2, N t B t B t 1 2 1 2 因线框电阻 R, 那么感应电流大小为 I , 则线框受到的安培力为 : FBI 4L S E R kSL
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- 2020 高考 物理 一轮 复习 全程 训练 计划 31 电磁感应 定律 综合 应用 解析
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