2020版高考物理总复习第十章专题探究九电磁感应的综合应用（二）练习（含解析）

专题探究九 电磁感应的综合应用(二)

1.(2019·辽宁重点中学模拟)如图所示,边长为L、电阻为R的正方形线框abcd放在光滑绝缘水平面上,其右边有一磁感应强度大小为B、方向竖直向上的有界匀强磁场,磁场的宽度为L,线框的ab边与磁场的左边界相距为L,且与磁场边界平行.线框在某一水平恒力作用下由静止向右运动,ab边进入磁场时线框恰好开始做匀速运动.根据题中信息,下列物理量可以求出的是( C )

A.外力的大小

B.匀速运动的速度大小

C.进入磁场的过程中通过线框某横截面的电荷量 D.通过磁场区域的过程中产生的焦耳热

解析:匀速时产生的感应电动势E=BLv,对线框根据欧姆定律可得I=

,ab边受到的安培力大小为F安=BIL,根据共点力的平衡可得F安=F,解得v=,由于拉力F

不知道,也不能求出,所以v无法求出,A,B错误;线框进入磁场过程中,通过线框某横截面的电

荷量q=t==,C正确;线框通过磁场过程,由能量守恒定律得,3FL=Q+mv,由于F和v不

2

知道,所以通过磁场区域的过程中产生的焦耳热无法求出,D错误.

2.如图所示,相距为d的两水平线L1和L2分别是水平向里的匀强磁场的边界,磁场的磁感应强度为B,正方形线框abcd的边长为L(L

A.ab边刚进入磁场时,ab两端的电势差为BLB.感应电流所做功为mgd C.感应电流所做功为2mgd D.线框最小速度为v=

解析:进入磁场前,线框做自由落体运动,则有h=gt=

2

,得线框的速度v=,ab边产生的

感应电动势E=BLv=BL,ab两端的电势差为路端电压U=E=BL,故A错误;在线框全

部穿过磁场的过程中,线框只受重力和安培力,ab边进入磁场到达边界L2过程,由动能定理得,mgd-W安=0,即Q=W安=mgd,电流做功产生的热量等于克服安培力做功等于mgd,ab边穿出磁场过程电流与穿入磁场过程完全相等,故电流做功也为mgd,B错误,C正确;线框速度最小时为线

框刚刚完全进入磁场时,由动能定理可得mv=mg(h+L)-mgd=mg(h+L-d),解得v=

2

,

故D错误.

3.(2019·山东日照联考)如图所示,一足够长的光滑平行金属轨道,其轨道平面与水平面成θ角,上端用一电阻R相连,处于方向垂直轨道平面向上的匀强磁场中.质量为m、电阻为r的金属杆ab,从高为h处由静止释放,下滑一段时间后,金属杆开始以速度v匀速运动直到轨道的底端.金属杆始终保持与导轨垂直且接触良好,轨道电阻及空气阻力均可忽略不计,重力加速度为g.则( C )

A.金属杆加速运动过程中的平均速度小于

B.金属杆加速运动过程中克服安培力做功的功率大于匀速运动过程中克服安培力的功率

C.当金属杆的速度为时,它的加速度大小为

D.整个运动过程中电阻R产生的焦耳热为mgh-mv

解析:金属杆由静止做加速度减小的加速运动,最后以速度v匀速,其通过的位移大于相同时间

2

内由静止匀加速到v通过的位移,则金属杆的平均速度大于匀加速运动的平均速度v,故A错

误;金属杆克服安培力做功的功率等于,与速率v的平方成正比,匀速运动时速度最大,

加速运动过程中金属杆克服安培力做功的功率小于匀速运动过程中克服安培力做功的功率,

故B错误;匀速运动时,金属杆的速度大小为v,所受的安培力大小为,此时有mgsin θ

=;当金属杆的速度为v时,它所受的安培力大小为,根据牛顿第二定律得mgsin

θ-=ma,联立解得a=,故C正确;整个运动过程中回路中产生的焦耳热为mgh-mv,

2

所以R上产生的热量小于mgh-mv,故D错误.

4.(2019·江西重点中学联考)(多选)半径为r、质量为m、电阻为R的金属圆环用一根长为L的绝缘轻细杆悬挂于O1点,杆所在直线过圆环圆心,在O1点的正下方有一半径为L+2r的圆形匀强磁场区域,其圆心O2与O1点在同一竖直线上,O1点在圆形磁场区域边界上,磁感应强度为B,如图所示.现使绝缘轻细杆从水平位置由静止释放,下摆过程中金属圆环所在平面始终与磁场垂直,已知重力加速度为g,不计空气阻力及摩擦阻力,则( BD )

2

A.圆环最终会静止在O1点的正下方

B.圆环第一次进入磁场的过程通过圆环的电荷量大小为

C.圆环在整个过程中产生的焦耳热为mg(L+r)

D.圆环在整个过程中产生的焦耳热为mg(L+2r)

解析:圆环在进或出磁场时,因磁通量变化,产生感应电流,机械能要减少;当圆环整体完全在磁场中运动时,磁通量不变,不再产生感应电流,其机械能不变,圆环不会离开磁场,就在磁场中左右摆动,不会静止在O1点的正下方,A错误;圆环第一次进入磁场的过程通过圆环的电荷量

大小为q=Δt==,B正确;由几何关系可知,该过程中环的上边缘恰好位于磁场的边界

时,与开始时相比环的重心下降的高度为h=(L+2r),由能量守恒定律,则有:在整个运动过程

中产生的焦耳热Q,即为减小的机械能,因此有Q=mgh=mg(L+2r),C错误,D正确.

5.(2019·江西上饶模拟)如图,两根足够长的光滑金属导轨竖直放置,底端接电阻R,轻弹簧上

端固定,下端悬挂质量为m的金属棒,金属棒和导轨接触良好,除电阻R外,其余电阻不计,导轨处于匀强磁场中,磁场方向垂直导轨所在平面向里.静止时金属棒位于A处,此时弹簧的伸长量为Δl,弹性势能为Ep,重力加速度大小为g.将金属棒从弹簧原长位置由静止释放,金属棒在运动过程中始终保持水平,则( C )

A.金属棒第一次到达A处时,其加速度方向向下 B.当金属棒的速度最大时,弹簧的伸长量为Δl C.电阻R上产生的总热量等于mgΔl-Ep

D.金属棒第一次下降过程通过电阻R的电荷量与第一次上升过程的相等

解析:在A点受重力、弹力,且两力大小相等,运动到A点还受到安培力,根据左手定则可知,安培力方向向上,所以其加速度方向向上,故A错误;若没有磁场,金属棒回到A处时速度最大,有磁场时,由于电磁感应产生感应电流,金属棒将受到安培阻力作用,则在A处上方速度达到最大,感应电流最大,弹簧伸长量小于Δl,故B错误;金属棒最后静止在A处,从释放到金属棒最后静止的过程中,其重力势能减小,转化成内能和弹簧的弹性势能,根据能量守恒可知,Q=mgΔl-Ep,

故C正确;根据能量守恒可知,第一次下降的位移大小大于第一次上升的位移,根据q==

可知,金属棒第一次下降过程通过电阻R的电荷量大于第一次上升过程通过电阻R的电荷量,故D错误.

6.(2019·福建漳州模拟)(多选)如图,质量为m、电阻为R的单匝矩形线框静止于粗糙斜面上,线框边长ab=L,ad=2L,虚线MN过ad,bc边中点.斜面倾角为θ,线框与斜面间的动摩擦因数为μ(μ>tan θ),设最大静摩擦力等于滑动摩擦力.从某时刻起,在MN右侧加一方向垂直斜面向上的匀强磁场,磁感应强度大小按B=kt(k>0)的规律均匀变化.一段时间后,线框沿斜面向下运动,ab边刚好穿出磁场时的速度为v,重力加速度为g,则( AD )

A.线框刚开始运动时,感应电流的方向为abcda

B.线框刚开始运动时,线框中的电功率为P=

C.线框离开磁场的过程中安培力所做的功W=mv

D.线框从开始运动到穿出磁场过程中通过导线截面的电荷量q=

解析:磁场均匀增加,根据楞次定律,感应电流方向为abcda,A正确;线框刚要运动时,感应电流

2

为I===,则线框中的电功率为P=IR=

2

,B错误;线框下滑过程中有重力、摩擦力、

安培力三力做功,且重力小于摩擦力,根据动能定理,安培力做功小于动能变化量,C错误;ab边

穿出磁场过程中通过的电荷量为q=,又线框开始滑动时有,mgsin θ+BIL=μmgcos θ,联

立解得q=,D正确.

7.(2018·山东淄博三模)(多选)如图(甲)所示,左侧接有定值电阻R=3 Ω的水平粗糙导轨处

于垂直纸面向外的匀强磁场中,磁感应强度B=2 T,导轨间距为L=1 m.一质量m=2 kg、接入电路的阻值r=1 Ω的金属棒在拉力F作用下由静止开始从CD处沿导轨向右加速运动,金属棒与导轨垂直且接触良好,金属棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.5,g=

2

10 m/s,金属棒的vx图像如图(乙)所示,则从起点发生x=1 m位移的过程中( CD )

A.拉力做的功为16 J

B.通过电阻R的电荷量为0.25 C C.定值电阻R产生的焦耳热为0.75 J D.所用的时间t一定大于1 s

解析:根据图像可知v=2x,金属棒运动过程中受到的安培力FA=,即安培力与x是线性函

数,所以在此过程中平均安培力=1 N,根据功能关系WF=Wf+mv+WFA=μ

2

mgx+mv+FA·x=0.5×20×1 J+×2×2 J+

22

1×1 J=15 J,故A错误;q=== C=0.5 C,故B错误;克服安培力做的功转化

为回路中的焦耳热,Q=WF=1 J,而R上的焦耳热为QR=

Q=Q=0.75 J,故C正确;vx图像中的斜率k==·=,所以a=kv,即随着速度的增加,

加速度也在增加,若导体棒做匀加速运动1 m,末速度为v=2 m/s,则需要的时间为t==1 s,

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/l7fh.html