2019版高考物理一轮复习第十章电磁感应配餐作业30电磁感应规律的综合应用.doc.pdf

配餐作业（三十）电磁感应规律的综合应用 A组?基础巩固题 1.如图所示，在一固定水平放置的闭合导体圆环上方，有一条形磁铁，从离地面高h 处，由 静止开始下落，最后落在水平地而上。磁铁下落过程屮始终保持竖直方向，并从圆环中心穿过圆 环，而不与圆环接触。若不计空气阻力。重力加速度为g，下列说法屮正确的是（） A.在磁铁下落的整个过程中， 圆环中的感应电流方向先逆吋针后顺吋针（从上向下看圆坏） B.磁铁在整个下落过程中，受圆环对它的作用力先竖直向上后竖直向下 C.磁铁在整个下落过程中，它的机械能不变 D.磁铁落地时的速率一定等于乂西 解析当条形磁铁靠近圆环时，穿过圆环的磁通量增加，根据楞次定律可判断圆环小感应电 流的方向为逆时针（从上向下看圆环），当条形磁铁远离圆环时，穿过圆环的磁通量减小, 根据 楞次定律可判断圆环中感应电流的方向为顺时针（从上向下看圆环），A项正确；根据楞 次定律 的推论“来拒去留”原则，可判断磁铁在整个下落过程中，受圆环对它的作用力始终竖直向上， B项错误；磁铁在整个下落过程中，由于受到磁场力的作用，机械能不守恒，C 项错误；若磁铁 从高度力处做自由落体运动， 其落地时的速度V=y,但磁铁穿过圆环的过程中要产生一部分电热， 根据能量守恒定律可知，其落地速度一定小于姬 D项错误。 答案A 2?（多选）如图所示，为等腰直角三角形，血/ 边与/ 轴垂直， / 点坐标为（国0）, 。点坐 标为（0,臼），三角形区域内存在垂直平血向里的磁场，磁感应强度E与横坐标 / 的变 化关系满 足B=-为常量），三角形区域的左侧有一单匝矩形线圈，线圈平面与纸面平行, X 线圈宽为创高为2禺电阻为乩若线圈以某一速度y匀速穿过磁场， 整个运动过程屮线圈不发生转 动，则下列说法正确的是（） A.线圈穿过磁场的过程小感应电流的大小逐渐增大 4 k X T/ B.线圈穿过磁场的过程中产生的焦耳热为Q=p C.线圈穿过磁场的过稈中通过导线截面的电荷量为零 D.穿过三角形区域的磁通量为2脳 解析线圈穿过磁场的过程中，感应电动势为E=BLv,根据欧姆定律可得感应电流大 p 2kv 小为/= 开由几何关系知，切割边运动距离为/ 时，L=2x,解得匸计,为定值，所以A 项错误；产生 的焦耳热为Q=E而, 解得片呼 ' ，所以B项错误；线圈穿过磁v R A E 场的过程中，通过线圈的磁通量变化量为0,则7=0, C项正确；穿过三角形区域的 A（P 1 磁通量等于线圈发生位移自吋的磁通量变化，q f = I 、t=，贝IA（P 1 =IRt= Lkv a , ? R ? -=2ka, D项正确。 R v 答案CD 3.（多选）如图甲所示，光滑绝缘水平面上，虚线必V的右侧存在磁感应强度B=2 T的 匀 强磁场，沏V的左侧有一质量刃=0. 1腹的矩形线圈abed, be边长厶 = 0.2m,线圈电阻斤= 2Q。 片0时，用一恒定拉力尸拉线圈，使其由静止开始向右做匀加速运动，经过时间1 s,线圈的加边 到达磁场边界朋；此吋立即将拉力F改为变力，又经过Is,线圈恰好完全进入磁场，整个运动 过程中，线圈中感应电流，随时间十变化的图象如图乙所示。则下列说法正确的是（） A.恒定拉力大小为0. 1 N B.线圈在第2 s内的加速度大小为1 m/s 2 C.线圈日方边长厶2=0. 5 m D?在第2 s内流过线圈的电荷量为0.2 C E 解析 在第Is 末，i 、, 联立得F=0. 05 N, A 项错误 ; 在第2 s内，由题图分析知线圈做匀加速直线运动，第2 s末, 応=匚,E' = BLM, V2=v + aiti解得 m/s 2, B项正确；在第2 s内，谥一话=2型厶，得厶 =1 m, C项错误； A BLxL 工十迪 q=“= =0. 2 C, D 项正确。 答案BD 4.（多选）两根足够长的光滑导轨竖直放置，间距为厶顶端接阻值为斤的电阻。质量为刃、电阻 为厂的金属棒在距磁场上边界某处由静止释放，金属棒和导轨接触良好，导轨所 在平面与磁感应强度为的匀强磁场垂直，如图所示，不计导轨的电阻，重力加速度为呂, 则（） A.金属棒在磁场中运动时，流过电阻斤的电流方向为Lb gfv B.金属棒的速度为7时，金属棒所受的安培力大小为币. C.金属棒的最大速度为 *伏厂 D.金属棒以稳定的速度下滑时，电阻斤的热功率为歸 R 解析 金属棒在磁场屮向下运动时，由楞次定律知，流过电阻*的电流方向为 1 曰，A E 项错误；金属棒的速度为刈寸，金属棒中感应电动势E=BLv,感应电流 /= 茄一，所受的安Rr r 甘2 培力大小为尸 =祁7, B项正确；当安培力尸 =/ 昭?时，金属棒下滑速度最大，金属棒的最大速 度为 V昭仔厂，c项错误；金属棒以稳定的速度下滑时，电阻斤和厂的总热功率为宀 / 妙=（養|2伙+刃，电阻斤的热功率为（養”，D项正确。 答案BD 5.（多选）如图所示，平行金属导轨与水平面间的夹角为久导轨电阻不计，与阻值为斤的定 值电阻相连，匀强磁场垂直穿过导轨平面，磁感应强度为几有一质量为人长为1 的导体棒从”位 置获得平行于斜面的、大小为卩的初速度向上运动，最远到达刃b f 的位 置，滑行的距离为s,导体棒 的电阻也为爪与导轨之间的动摩擦因数为。贝9（） B.上滑过稈 . 屮电流做功放出的热量为好s（sin 根据法拉第电磁感应定律? S，/=-, 联立解得 /= 他竺， 、t 卜 t r r B项错误； “顺时针移动时，由几何关系知面积先增大后减小，则线圈中产生电流且方向有 改变，C、D项错误。 答案A 12.（多选）如图所示，在坐标系中，有边长为厶的正方形金属线框abed,其一条 对角线加和 y轴重合、顶点臼位于坐标原点0处。在y轴的右侧，在I、IV象限内有一垂直纸而向里的匀强磁 场，磁场的上边界与线框的曰方边刚好完全重合，左边界与y轴重合，右边界与y轴平行。七=0 时刻，线框以恒定的速度y沿垂直于磁场上边界的方向穿过磁场区域。取沿lM-a方向的感应电流 为正，则在线框穿过磁场区域的过程中，感应电流i 、站间的电势差乩随时间Z变化的图线是下图 中的（） X X ; X X ; A. B C?D. 解析 在d点运动到o点过程屮，必边切割磁感线，根据右手定则可以确定线框中电流方向为 逆时针方向，即正方向，电动势均匀减小到0,则电流均匀减小到0；然后C边开 始切割磁感线， 感应电流的方向为顺时针方向，即负方向，电动势均匀减小到0,则电流均 匀减小到0,故A项正确、 B项错误；d点运动到0点过稈中，白方边切割磁感线，臼b相当于 电源，电流由日到，方点的 电势高于臼点， / 间的电势差弘为负值，大小等于电流乘力、cd、旳三条边的电阻，并逐渐减小。 动边出磁场后，c边开始切割，cd边相当于电源，电流由b到臼，“间的电势差弘为负值，大小 等于电流乘劝边的电阻，并逐渐减小，故C项 错误、D项正确。 答案AD 13.如图所示，水平地而上方矩形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，两个边长相等的单匝 闭合正方形线圈I和II,分别用相同材料，不同粗细的导线绕制（I为细导线）。两线圈在距磁场上 界面力高处由静止开始自由下落，再进入磁场，最后落到地面。运动过程中，线圈平而始终保持在 竖直平面内且下边缘平行于磁场上边界。设线圈I、II落地时的速度大小分别为小r2,在磁场中运动 吋产生的热量分别为Q、不计空气阻力，贝9（） A.ri D. = Vi 9 QQA 解析 由于从同一高度下落，到达磁场边界时具有相同的速度*切割磁感线产生感应g Fv 47 电流同时受到磁场的安培力的作用且尸=，又因为斤为材料的电阻率，/ 为线 及 1 Y F 圈的边长，S为导线的横截面积），所以安培力F=,此时加速度且m= Rv Q（）S? 4/（d为材料的密度），所以加速度a=g-T是定值，线圈I和II同步运动，落 10 P Po 地速度相等V1=的。由能量守恒可得产生的热量Q=mg （.h+H）是磁场区域的高度） , I为细导线，刃较小，产生的热量较少，所以0x0故D项正确。 答案D 14.（多选）在倾角为足够长的光滑斜面上，存在着两个磁感应强度大小相等的匀强磁场， 磁场方向一个垂直斜面向上，另一个垂直斜面向下，宽度均为厶如图所示。一个质量为刃、电阻为 爪 边长也为0的正方形线框在十 =0时刻以速度内进入磁场，恰好做匀速直线运动，若经过时间如 线框“边到达唸与ff中间位置时，线框又恰好做匀速运动, B. DI v及2 电流1=匚, cd棒受到的安培力E.d=BIL=加棒受到的摩擦力f= 叽,所以随着速度的均匀增大， Qd棒受到的摩擦力也均匀增大，则c棒先做加速运动，后做减速运动，最后停止运动，B、C 项错误；由功能关系得，力F做的功等于两棒产生的电热、cd棒摩擦 生热与两棒增加的机械能 之和，D项错误。 答案A 16.如图所示，在光滑的水平金属轨道ABCD-EFGH内有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度 为，AB与 EF宽为 Z,是皿与防宽的2倍，静止的金属棒日、b质量均为加若给棒初速度吟向 右运动，假设轨道足够长，棒白只在轨道与疔上运动。求： (1)金属棒白、b的最终速度。 (2)整个过程通过金属棒日的电量。 解析( 1)依题意知，棒 $做减速运动，棒方做加速运动，最终棒日、方感应电动势大小相等， 方向相反， EFBIAV、, Eb= BL2V2、 厶=2厶2, 所以，卩2 = 2旳。 任何时候棒臼的安培力总是棒力的两倍，故棒臼安培力的冲量71是棒力安培力的冲量厶的 两倍，即 1 = 2仏, 由动量定理得71 = 必一 “1, Li nivi 解得旳 =旳， 2 (2)对金属棒已应用动量定理得 Q= It, 4/nvo 答案鮎7o (2) 5 0 ODL 17.两根足够长的平行光滑导轨，相距1 H)水平放置。匀强磁场竖直向上穿过整个导轨所在 的空间B=0. 4 To金属棒日力、cd质量分别为0. 1 kg和0. 2 kg,电阻分别为0.4 Q和0. 2 Q ,并排 垂直横跨在导轨上。若两棒以相同的初速度3m/s向相反方向分开，不讣导轨电阻。求： (1)棒运动达到稳定后的 “棒的速度大小。 (2)金属棒运动达到稳定的过程中，冋路上释放出的焦耳热。 (3)金属棒从开始运动直至达到稳定，两棒间距离增加多少。 解析 “、刃棒组成的系统动量守恒，最终具有共同速度r,以水平向右为正方向 , 则 叽叫弘=(/Z+ZTZQV, m/so (2)根据能量转化与守恒定律，产生的焦耳热为 / . 、诒r Q= A (/zu+zzu)-= 1. 2 Jo (3)对c棒利用动量定理： B1L 、t=iiicdv vo), BLq= 叫人心一 r), A 0 BL's 乂q= R + R + R ； 解得 s=l. 5 nu 答案(1)1 m/s (2)1.2 J (3)1.5 m 隶师独 【解题技巧】 本题是电磁感应中的力学问题，应用系统的动量守恒、 能暈转化与守恒定律、 动量定理， 综 合性较强，对学生的能力要求较高。2018年高考中对动量的考查会有所加强，所以同学们需加 强此类题目的练习。 18.如图所示，倾角为0、宽度为、长为/ 的光滑倾斜导轨CA 、GZ4顶端接有可变 电阻尿” 厶足够长，倾斜导轨置于垂直导轨平面斜向左上方的匀强磁场屮，磁感应强度为, GAA 、GA2B2 为绝缘轨道 ,由半径为斤处于竖直平面内的光滑半圆环A占、力2$和粗糙的水平轨道GA. ?42 组成，粗糙的水平轨道长为s,整个轨道对称。在导轨顶端垂直于导轨放一根质量为人电阻不计 的金属棒必V；使其从静止开始自由下滑，不考虑金属棒就V经过接 点G、G处时机械能的损 失，整个运动过程屮金属棒始终保持水平，水平导轨与金属棒必V 之间的动摩擦因数为“。则: A G (1)金属棒“側在倾斜导轨CA 、GP上运动的过程中，电阻加上产生的热量0为多少？ (2)为了金属棒側能到达光滑半圆环$、5点，可变电阻仏应满足什么条件？ 解析(1)由于力足够长，棒在斜导轨上到达G、G前已经做匀速运动 / 昭sin =宁, 则v= 由能量守恒定律得n =*/ /+“, 所以Q= mgLs in 0 (2)棒能到达 $、5点时，g碍, 则 从GG点到禺5点的过程屮，由动能定理得 19. (2017 ?天津 ) 电磁轨道炮利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度，其原理对用来 研制新武器和航天运载器。电磁轨道炮示意如图，图中直流电源电动势为圧电容器的电容为G 两根固定于水平面内的光滑平行金属导轨间距为/, 电阻不计。炮弹可视为一质量为人电阻为 斤的金属棒軀V,垂直放在两导轨间处于静Lh状态，并与导轨良好接触。首先开关S接1,使电 容器完全充电。然后将S接至2,导轨间存在垂直于导轨平血、 磁感应强度 大小为的匀强磁场 ( 图 中未画出 ) ，W开始向右加速运动。当必V上的感应电动势与电容器两极板间的电压相等时， 冋路中电流为零，沏V达到最大速度，之后离开导轨。问： (1)磁场的方向。 (2)恵V刚开始运动时加速度日的人小。 (3) W离开导轨后电容器上剩余的电荷量“是多少。 解析(1)由左手定则可判断磁场方向垂直于导轨平面向下。 (2)电容器完全充电后，两极板间电压为当开关S接2时，电容器放电，设刚放电 F 时流经朋的电流为A有T= 设血V受到的安培力为尸，有 F=BI1, 由牛顿第二定律，有F=晌 B1F 联立式得辺 =方。 (3)当电容器充电完毕时，设电容器上电量为a,有Q=CE, 开关s接2后，协v开始向右加速运动，速度达到最大值时， 廊V上的感应电动势F 此时电容器带电荷量0=必, 设在此过程中必V的平均电流为1, MN上受到的平均安培力为 有 F= I IB. 由动量定理，有F ? A 又Z A t= QL Q, 联立以上各式解得片有k RIF 答案（1）垂直于导轨平面向下（2）而 / 、臥&E 加+啟