三年高考两年模拟高考物理新课标一轮复习习题第10章第4讲电磁感应中的动力学与能量问题含答案Word下载.docx
《三年高考两年模拟高考物理新课标一轮复习习题第10章第4讲电磁感应中的动力学与能量问题含答案Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三年高考两年模拟高考物理新课标一轮复习习题第10章第4讲电磁感应中的动力学与能量问题含答案Word下载.docx（13页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
如图所示,一个半径为r的绝缘细圆环水平放置,环内存在竖直向上的匀强磁场B,环上套一带电荷量为+q的小球。
已知磁感应强度B随时间均匀增加,其变化率为k,若小球在环上运动一周,则感生电场对小球的作用力所做功的大小是（ ）
A.0B.r2qkC.2πr2qkD.πr2qk
5.（2013安徽理综,16,6分）如图所示,足够长平行金属导轨倾斜放置,倾角为37°
宽度为0.5m,电阻忽略不计,其上端接一小灯泡,电阻为1Ω。
一导体棒MN垂直于导轨放置,质量为0.2kg,接入电路的电阻为1Ω,两端与导轨接触良好,与导轨间的动摩擦因数为0.5。
在导轨间存在着垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度为0.8T。
将导体棒MN由静止释放,运动一段时间后,小灯泡稳定发光,此后导体棒MN的运动速度以及小灯泡消耗的电功率分别为（重力加速度g取10m/s2,sin37°
=0.6）（ ）
A.2.5m/s 1WB.5m/s 1W
C.7.5m/s 9WD.15m/s 9W
6.（2016江西八校联考）（多选）如图甲所示,光滑绝缘水平面上,虚线MN的右侧存在磁感应强度B=2T的匀强磁场,MN的左侧有一质量m=0.1kg的矩形线圈abcd,bc边长L1=0.2m,电阻R=2Ω。
t=0时,用一恒定拉力F拉线圈,使其由静止开始向右做匀加速运动,经过时间1s,线圈的bc边到达磁场边界MN,此时立即将拉力F改为变力,又经过1s,线圈恰好完全进入磁场,整个运动过程中,线圈中感应电流i随时间t变化的图像如图乙所示。
则（ ）
A.恒定拉力大小为0.05N
B.线圈在第2s内的加速度大小为1m/s2
C.线圈ab边长L2=0.5m
D.在第2s内流过线圈的电荷量为0.2C
7.如图所示,水平地面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h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,线圈平面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v1、v2,在磁场中运动时产生的热量分别为Q1、Q2。
不计空气阻力,则（ ）
A.v1<
v2,Q1<
Q2B.v1=v2,Q1=Q2
C.v1<
v2,Q1>
Q2D.v1=v2,Q1<
Q2
8.（2016贵州遵义航天高级中学模拟）（多选）两根相距为L的足够长的金属直角导轨如图所示放置,它们各有一边在同一水平面内,另一边垂直于水平面。
质量均为m的金属细杆ab、cd与导轨垂直接触形成闭合回路,杆与导轨之间的动摩擦因数均为μ,导轨电阻不计,回路总电阻为2R。
整个装置处于磁感应强度大小为B,方向竖直向上的匀强磁场中。
当ab杆在平行于水平导轨的拉力F作用下以速度v1沿导轨匀速运动时,cd杆也正好以速度v2向下匀速运动。
重力加速度为g。
以下说法正确的是（ ）
A.回路中的电流大小为
B.ab杆所受拉力F的大小为μmg+
C.cd杆所受摩擦力为零
D.μ与v1大小的关系为μ=
9.（2016江苏淮安淮海中学一模）如图所示,质量为m、电阻为r,边长为L的正方形导线框abcd,其下边cd距匀强磁场上边界PQ的距离为h。
该匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直于纸面向里,现使线框从静止开始自由下落,下落过程中ab边始终水平,不计空气阻力,重力加速度为g。
（1）如果线框进入磁场时先做加速运动,那么线框刚进入磁场里加速度大小是多少;
（2）如果ab边进入磁场前线框速度已达到稳定,那么线框在进入磁场的过程中产生的热量是多少。
B组 提升题组
10.（2015河南三市第一次调研）（多选）两根光滑的金属导轨,平行放置在倾角为θ的斜面上,导轨的下端接有电阻R,导轨的电阻不计。
斜面处在一匀强磁场中,磁场的方向垂直斜面向上。
一电阻不计的光滑金属棒ab,在沿斜面向上且与金属棒垂直的恒力F作用下沿导轨匀速上升到图示虚线位置,在此过程中,下列说法正确的是（ ）
A.恒力F和安培力对金属棒所做功的和等于金属棒重力势能的增量
B.恒力F和重力对金属棒所做功的和等于电阻R上产生的电热
C.金属棒克服安培力所做的功等于金属棒重力势能的增量
D.恒力F对金属棒所做的功等于电阻R上产生的电热
11.（2016安徽四校联考）如图所示,MN和PQ是竖直放置相距1m的光滑平行金属导轨（导轨足够长,电阻不计）,其上方连有R1=9Ω的电阻和两块水平放置相距d=20cm的平行金属板A、C,金属板长1m,将整个装置放置在图示的匀强磁场区域,磁感应强度B=1T,现使电阻R2=1Ω的金属棒ab与导轨MN、PQ接触,并由静止释放,当其下落h=10m时恰能匀速运动（运动中ab棒始终保持水平状态,且与导轨接触良好）。
此时,将一质量m1=0.45g,带电荷量q=1.0×
10-4C的微粒放置在A、C金属板的正中央,恰好静止。
（g=10m/s2）求:
（1）微粒带何种电荷,ab棒的质量m2是多少?
（2）金属棒由静止释放到刚好匀速运动的过程中,电路中释放多少热量?
（3）若使微粒突然获得竖直向下的初速度v0,但运动过程中不能碰到金属板,对初速度v0有何要求?
该微粒发生大小为m1v0的位移时,需多长时间?
12.如图所示,在方向竖直向上的磁感应强度为B的匀强磁场中,有两条光滑的平行金属导轨,其电阻不计,间距为L,导轨平面与磁场方向垂直,ab、cd为两根垂直导轨放置的,电阻都为R,质量都为m的金属棒。
棒cd用能承受最大拉力为FT的水平细线拉住,棒ab在水平拉力F的作用下以加速度a由静止开始向右做匀加速运动,求:
（1）F随时间t的变化规律;
（2）经多长时间细线将被拉断;
（3）从ab棒开始运动到cd棒刚要运动过程中,流过cd棒的电荷量。
13.如图所示,PM、QN是两根半径为d的光滑的圆弧轨道,其间距为L,O、P连线水平,M、N在同一水平高度,圆弧轨道电阻不计,在其上端连有一阻值为R的电阻,整个装置处于竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度大小为B。
现有一根长度稍大于L、质量为m、电阻为r的金属棒从轨道的顶端PQ处由静止开始下滑,到达轨道底端MN时对轨道的压力为2mg,求:
（1）棒到达最低点时金属棒两端的电压;
（2）棒下滑过程中金属棒产生的热量;
（3）棒下滑过程中通过金属棒的电荷量。
14.（2016江苏淮安调研）如图所示装置由水平轨道、倾角θ=37°
的倾斜轨道连接而成,轨道所在空间存在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场。
质量为m、长度为L、电阻为R的导体棒ab置于倾斜轨道上,刚好不下滑;
质量、长度、电阻与ab棒相同的导体棒cd置于水平轨道上,用恒力F拉cd棒,使之在水平轨道上向右运动。
ab、cd棒与导轨垂直,且两端与导轨保持良好接触,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,sin37°
=0.6,cos37°
=0.8。
（1）求ab棒与导轨间的动摩擦因数μ;
（2）求当ab棒刚要向上滑动时cd棒的速度v的大小;
（3）若从cd棒刚开始运动到ab棒刚要上滑的过程中,cd棒在水平轨道上移动的距离x,求此过程中ab上产生热量Q。
15.如图所示,螺线管横截面积为S,线圈匝数为N,电阻为R1,管内有水平向左的变化磁场。
螺线管与足够长的平行金属导轨MN、PQ相连并固定在同一平面内,与水平面的夹角为θ,两导轨间距为L。
导轨电阻忽略不计。
导轨处于垂直斜面向上、磁感应强度为B0的匀强磁场中。
金属杆ab垂直导轨,杆与导轨接触良好,并可沿导轨无摩擦滑动。
已知金属杆ab的质量为m,电阻为R2,重力加速度为g。
忽略螺线管磁场对金属杆ab的影响,忽略空气阻力。
（1）为使ab杆保持静止,求通过ab杆的电流的大小和方向;
（2）当ab杆保持静止时,求螺线管内磁场的磁感应强度B的变化率;
（3）若螺线管内磁场的磁感应强度的变化率=k（k>
0）,将金属杆ab由静止释放,杆将沿斜面向下运动,求当杆的速度为v时杆的加速度大小。
答案全解全析
1.D 小金属环进入或离开磁场时,磁通量会发生变化,并产生感应电流,产生焦耳热;
当小金属环全部进入磁场后,不产生感应电流,小金属环最终在磁场中做往复运动,由能量守恒可得产生的焦耳热等于减少的机械能,即Q=mv2+mgb-mga=mg（b-a）+mv2。
2.A 设外力为F,回路中的电流为I,磁感应强度为B,棒的质量为m,则有:
F-BIl=ma,外力做功W=（BIl+ma）x,式中x为棒发生的位移。
棒中产生的感应电动势相同,但乙电路中由于线圈的自感作用,回路中的电流比甲电路中的小,所以甲图中外力做功多,即A正确。
3.D 依题意知,金属线框移动的位移大小为2l,此过程中克服摩擦力做功为2μmgl,由能量守恒定律得金属线框中产生的焦耳热为Q=m-2μmgl,故选项D正确。
4.D 变化的磁场使回路中产生的感生电动势E==·
S=kπr2,则感生电场对小球的作用力所做的功W=qU=qE=qkπr2,选项D正确。
5.B 小灯泡稳定发光说明棒做匀速直线运动。
此时:
F安=
对棒满足:
mgsinθ-μmgcosθ-=0
因为R灯=R棒则:
P灯=P棒
再依据功能关系:
mgsinθ·
v-μmgcosθ·
v=P灯+P棒
联立解得v=5m/s,P灯=1W,所以B项正确。
6.ABD 在第1s末,i1=,E=BL1v1,v1=at1,F=ma1,联立得F=0.05N,A项正确。
在第2s内,由图像分析知线圈做匀加速直线运动,在第2s末,i2=,E'
=BL1v2,v2=v1+a2t2,解得a2=1m/s2,B项正确。
在第2s内,-=2a2L2,解得L2=1m,C项错误。
q===0.2C,D项正确。
7.D 两线圈在未进入磁场时,都做自由落体运动,从距磁场上界面h高处下落,由动能定理知两线圈在进入磁场时的速度相同,设为v,线圈Ⅰ所受安培阻力F1=BI1L=,而R1=ρ电,S1=,故F1==。
所以此时刻a1==g-,同理可得a2=g-,线圈进入磁场时的加速度与线圈的质量无关,即两线圈进入磁场时的加速度相同,当两线圈进入磁场后虽加速度发生变化,但两者加速度是同步变化的,速度也同步变化,因此落地时速度相等,即v1=v2;
又由于线圈Ⅱ质量大,机械能损失多,所以产生的热量也多,即Q2>
Q1,故D项正确。
8.BD 电路的感应电动势为E=BLv1,则感应电流I=,选项A错误;
对ab杆:
F=μmg+F安=μmg+,选项B正确;
cd杆向下匀速运动,所受安培力水平向右,则cd杆受到的竖直向上的摩擦力与重力平衡,大小为mg,则有μF安=mg,而F安=,解得μ=,选项C错误、D正确。
9.
答案
（1）g-
（2）mg（h+L）-
解析
（1）设线框cd边进入磁场时速度为v1
由机械能守恒有mgh=m,得v1=
感应电动势E=BLv1
感应电流I=
安培力F=BIL
根据牛顿第二定律有mg-F=ma
联立解得a=g-
（2）ab边进入磁场前线框速度已达到稳定,说明线框做匀速直线运动,设匀速时线框的速度为v2,由安培力与重力平衡得
mg=
根据能量转化与守恒有:
Q=mg（h+L）-m
解得Q=mg（h+L）-
10.AB 金属棒匀速上升过程中,动能不变,根据功能关系可知:
恒力F和安培力对金属棒所做功的和等于金属棒重力势能的增量,故A正确。
根据动能定理得:
WF-WG-W安=0,得:
WF-mgh=W安,而W安=Q,则恒力F和重力对金属棒所做功的和等于电阻R上产生的电热,故B正确。
金属棒克服安培力所做的功等于回路中电阻R上产生的热量,不等于金属棒重力势能的增量,故C错误。
恒力F所做的功在数值上等于金属棒增加的重力势能与电阻R上产生的电热之和,故D错误。
11.
答案
（1）正电荷 0.1kg
（2）5J （3）见解析
解析
（1）由右手定则可知ab棒中感应电流方向由a流向b,则知C板带正电,A板带负电,以微粒为研究对象,对其受力分析知其受竖直向下的重力和竖直向上的电场力,则微粒带正电荷,
根据平衡条件有m1g=q
得U1==9V,
则电流I==1A,
根据闭合电路欧姆定律有E=U1+IR2=10V;
对ab棒研究,根据平衡条件有m2g=BIL,
得出m2=0.1kg。
（2）导体棒产生的电动势E=BLv=10V,
得出速度v==10m/s,
根据能量守恒定律得Q=m2gh-m2v2=5J。
（3）根据洛伦兹力提供向心力有
qv0B=m1,
得R=,
若微粒运动过程中不能碰到金属板,则应满足条件R<
可以求得v0<
m/s,
则发生的位移为=R,可知粒子经过了的时间,又粒子做圆周运动的周期为T=,因粒子的运动具有周期性,则t=9πs（n=0,1,2,…）。
12.
答案
（1）F=t+ma
（2） （3）
解析
（1）时刻t,棒的速度v=at
此时棒中感应电动势为
E=BLv=BLat
此时棒中的感应电流为I=
由牛顿第二定律得F-BIL=ma
得F=t+ma
（2）细线拉断时满足
BIL=FT
即t=FT
得t=
（3）Q=Δt=Δt===
13.
答案
（1）BL
（2） （3）
解析
（1）在轨道的最低点MN处,金属棒对轨道的压力FN=2mg,轨道对金属棒的支持力大小为FN'
=FN=2mg,则有
FN'
-mg=m,
解得:
v=。
金属棒切割磁感线产生的感应电动势E=BLv,
金属棒到达最低点时两端的电压U=E=BL
（2）棒下滑过程中,由能量守恒定律得,mgd=Q+mv2,
解得Q=mgd
金属棒产生的热量Qr=Q=
（3）由q=IΔt,I=,E=,ΔΦ=BLd,联立解得q=。
14.
答案
（1）0.75
（2） （3）Fx-
解析
（1）开始时ab刚好不下滑,由平衡条件有
mgsin37°
=μmgcos37°
解得μ=tan37°
=0.75
（2）设ab棒刚好要上滑时,cd棒的感应电动势为E,
由法拉第电磁感应定律有E=BLv
设电路中的感应电流为I,由闭合电路欧姆定律有I=
设ab棒所受安培力为F安,则有F安=ILB
此时ab棒受到的最大静摩擦力方向沿斜面向下,由平衡条件有F安cos37°
=mgsin37°
+μ（mgcos37°
+F安sin37°
）
解得F安==mg
又F安=
解得v=
（3）设ab棒在此过程中产生的热量为Q,
由能量守恒有Fx-2Q=mv2
解得Q=Fx-
15.
答案
（1） 方向由b到a
（2）
（3）gsinθ-
解析
（1）以金属杆ab为研究对象,为使ab杆保持静止,ab杆应受到沿导轨向上的安培力,根据左手定则可以判断通过ab杆的电流方向为由b到a。
根据平衡条件有mgsinθ-B0IL=0,得I=
（2）根据法拉第电磁感应定律有E=N=NS
根据欧姆定律有I=
得=
（3）根据法拉第电磁感应定律得螺线管内的感应电动势
E1=NS=NSk
ab杆切割磁感线产生的电动势E2=B0Lv
总电动势E总=E1+E2
感应电流I'
=
根据牛顿第二定律有mgsinθ-F=ma
其中安培力F=B0I'
L
解得a=gsinθ-
升级会员 