2022年高二物理 寒假作業(yè) 第14天 電磁感應(yīng)中的電路和圖象問(wèn)題 新人教版

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1、2022年高二物理 寒假作業(yè) 第14天 電磁感應(yīng)中的電路和圖象問(wèn)題 新人教版 考綱要求:Ⅱ 難易程度:★★★★☆ 如圖所示,在一磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,垂直于磁場(chǎng)方向水平放著兩根相距為h=0.1 m的平行金屬導(dǎo)軌MN和PQ,導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì),在兩根導(dǎo)軌的端點(diǎn)N、Q之間連接一阻值R=0.3 Ω的電阻,導(dǎo)軌上跨放著一根長(zhǎng)為L(zhǎng)=0.2 m,每米阻值r=2.0 Ω 的金屬棒ab,金屬棒與導(dǎo)軌正交放置,交點(diǎn)為c、d,當(dāng)金屬棒在水平拉力作用于以速度v=4.0 m/s向左做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),則下列說(shuō)法正確的是 A.金屬棒a、b兩端點(diǎn)間的電勢(shì)差為0.2 V B.水平拉金屬棒的力的大小

2、為0.02 N C.金屬棒a、b兩端點(diǎn)間的電勢(shì)差為0.32 V D.回路中的發(fā)熱功率為0.06 W 【參考答案】BC 【試題解析】金屬棒cd段產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為Ecd=Bhv=0.5×0.1×4 V=0.2 V;cdQN中產(chǎn)生的感應(yīng)電流為;金屬棒ab兩端的電勢(shì)差等于Uac、Ucd、Udb三者之和,由于Ucd=Ecd–Ircd,所以Uab=Eab–Ircd=BLv–Ircd=0.32 V,故A錯(cuò)誤,C正確;使金屬棒勻速運(yùn)動(dòng)的外力與安培力是一對(duì)平衡力,方向向左,大小為F=F安=BIh=0.5×0.4×0.1 N=0.02 N,選項(xiàng)B正確;回路中的熱功率P熱=I2(R+hr)=0.08 W,

3、D錯(cuò)誤。 【名師點(diǎn)睛】本題是電磁感應(yīng)與電路知識(shí)的綜合,要區(qū)分清楚哪部分電路是電源,哪部分是外部分,以及ab兩端點(diǎn)間的電勢(shì)差與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系。 【知識(shí)補(bǔ)給】 電磁感應(yīng)中圖象類選擇題的兩個(gè)常見解法 1.排除法:定性地分析電磁感應(yīng)過(guò)程中物理量的變化趨勢(shì)(增大還是減?。?、變化快慢(均勻變化還是非均勻變化),特別是物理量的正負(fù),排除錯(cuò)誤的選項(xiàng)。 2.函數(shù)法:根據(jù)題目所給條件定量地寫出兩個(gè)物理量之間的函數(shù)關(guān)系,然后由函數(shù)關(guān)系對(duì)圖象作出分析和判斷,這未必是最簡(jiǎn)捷的方法,但卻是最有效的方法。 如圖所示,足夠長(zhǎng)光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ水平放置,導(dǎo)軌間距為L(zhǎng),一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)向下垂

4、直穿過(guò)導(dǎo)軌平面,導(dǎo)軌上端M與P間接有電容為C的電容器,金屬棒開始靜止?,F(xiàn)對(duì)金屬棒施加一水平向右、大小為F的恒力作用,不計(jì)一切摩擦和電阻,則經(jīng)過(guò)時(shí)間t的過(guò)程中 A.金屬棒可能做變加速運(yùn)動(dòng) B.金屬棒中的電流恒定 C.電容器所帶電荷量 D.電容器儲(chǔ)存的電場(chǎng)能為 如圖,由某種粗細(xì)均勻的總電阻為3R的金屬條制成的矩形線框abcd,固定在水平面內(nèi)且處于方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中。一接入電路電阻為R的導(dǎo)體棒PQ,在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v勻速滑動(dòng),滑動(dòng)過(guò)程PQ始終與ab垂直,且與線框接觸良好,不計(jì)摩擦。在PQ從靠近ad處向bc滑動(dòng)的過(guò)程中 A.PQ中電流一直增大 B.PQ中

5、電流一直減小 C.線框消耗的電功率先增大后減小 D.線框消耗的電功率先減小后增大 如圖所示,MN、PQ是傾角為θ的兩平行光滑且足夠長(zhǎng)的金屬軌道,其電阻忽略不計(jì)??臻g存在著垂直于軌道平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。導(dǎo)體棒ab、cd垂直于軌道放置,且與軌道接觸良好,每根導(dǎo)體棒的質(zhì)量均為m,電阻均為r,軌道寬度為L(zhǎng),與軌道平行的絕緣細(xì)線一端固定,另一端與ab棒中點(diǎn)連接,細(xì)線承受的最大拉力Tm=2mgsin θ。今將cd棒由靜止釋放,則細(xì)線被拉斷時(shí),cd棒的 A.速度大小是 B.速度大小是 C.加速度大小是2gsin θ D.加速度大小是0 如圖,線圈abcd固定于分布均勻

6、的磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直線圈平面。當(dāng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化時(shí),該磁場(chǎng)對(duì)ab邊的安培力大小恒定。下列描述B隨t變化的圖象中,可能正確的 如圖,兩根足夠長(zhǎng)光滑平行金屬導(dǎo)軌、傾斜放置,勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面,導(dǎo)軌的上端與水平放置的兩金屬板M、N相連,板間距離足夠大,板間有一帶負(fù)電的塵埃,金屬棒水平跨放在導(dǎo)軌上,下滑過(guò)程中與導(dǎo)軌接觸良好?,F(xiàn)同時(shí)由靜止釋放帶電塵埃和金屬棒,則 A.金屬棒最終沿金屬導(dǎo)軌勻速下滑 B.金屬棒一直沿金屬導(dǎo)軌加速下滑 C.金屬棒下滑過(guò)程中M板電勢(shì)高于N板電勢(shì) D.帶電塵埃一直向著N板運(yùn)動(dòng),最終做勻速直線運(yùn)動(dòng) 如圖所示,水平放置的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、P

7、Q處于豎直向下的足夠大的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,導(dǎo)軌間距為L(zhǎng),導(dǎo)軌右端接有阻值為R的電阻。一根質(zhì)量為m,電阻為r的金屬棒垂直導(dǎo)軌放置,并與導(dǎo)軌接觸良好?,F(xiàn)使金屬棒以某初速度向左運(yùn)動(dòng),它先后經(jīng)過(guò)位置a、b后,到達(dá)位置c處剛好靜止。已知磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,金屬棒經(jīng)過(guò)a、b處的速度分別為v1、v2,a、b間距離等于b、c間距離,導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)。下列說(shuō)法中正確的是 A.金屬棒運(yùn)動(dòng)到a處時(shí)的加速度大小為 B.金屬棒運(yùn)動(dòng)到b處時(shí)通過(guò)電阻R的電流方向由Q指向N C.金屬棒在a→b與b→c過(guò)程中通過(guò)電阻R的電荷量相等 D.金屬棒在a處的速度v1是其在b處速度v2的倍 U形導(dǎo)線框MNQP水平放置在磁感應(yīng)強(qiáng)

8、度B=0.2 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向與導(dǎo)線框所在平面垂直,導(dǎo)線MN和PQ足夠長(zhǎng),間距為0.5 m,橫跨在導(dǎo)線框上的導(dǎo)體棒ab的電阻r=1.0 Ω,接在NQ間的電阻R=4.0 Ω,電壓表為理想電表,其余電阻不計(jì)。導(dǎo)體棒在水平外力作用下以速度ν=2.0 m/s向左做勻速直線運(yùn)動(dòng),不計(jì)導(dǎo)體棒與導(dǎo)線框間的摩擦。求: (1)通過(guò)電阻及ab的電流方向如何? (2)電壓表的示數(shù)為多少? (3)若某一時(shí)刻撤去水平外力,則從該時(shí)刻起,在導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)1.0 m的過(guò)程中,通過(guò)導(dǎo)體棒的電荷量為多少? 【參考答案】 ,D正確。 C 設(shè)導(dǎo)體棒的長(zhǎng)度為,磁感應(yīng)強(qiáng)度為,導(dǎo)體棒的速度保持不變,根據(jù)法拉第電磁感

9、應(yīng)定律,感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)不變,設(shè)線框左邊的電阻為,則左右兩邊線框的電阻為,流過(guò)PQ的電流,可以看出當(dāng)PQ從靠近ad向bc靠近過(guò)程中,從零增大到3R,從而可以判斷電流先減小后增大,故AB項(xiàng)錯(cuò)誤;電源的內(nèi)阻為,PQ從靠近ad向bc靠近過(guò)程中,外電路的并聯(lián)等效電阻從零增大到0.75R又減小到零,外電路的電阻等于電源內(nèi)阻的時(shí)候消耗的功率最大,所以外電路的功率應(yīng)該先增大后減小,故C正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 AD 細(xì)線被拉斷時(shí),拉力達(dá)到,根據(jù)平衡條件有,可得ab棒所受安培力,由于兩棒的電流相等,所受安培力大小相等,由,,,可得cd棒的速度,A正確,B錯(cuò)誤;對(duì)cd棒,根據(jù)牛頓第二定律有,得a=0,C錯(cuò)誤,D正確。

10、 B 當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí),線框內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為:,感應(yīng)電流為:,安培力為:,聯(lián)立得:,由公式可知,安培力恒定,若磁場(chǎng)B增大,則減小,若B減小,則增大,所以四個(gè)圖象中只有B正確。 【名師點(diǎn)睛】當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí),線框內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流,由法拉第電磁感應(yīng)定律即可表達(dá)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),再由歐姆定律和安培力的表達(dá)式即可求出B的變化。 【名師點(diǎn)睛】金屬棒沿光滑導(dǎo)軌加速下滑,棒中有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)而對(duì)電容器充電,充電電流通過(guò)金屬棒時(shí)受安培力作用,只有金屬棒速度增大時(shí)才有充電電流,因此總有mgsinθ–BIl>0,由右手定則判斷電勢(shì)高低。 BC 金屬棒運(yùn)動(dòng)到a處時(shí),有,安培力,由牛頓第二定律得加速度,A錯(cuò)誤;金屬棒運(yùn)動(dòng)到b處時(shí),由右手定則判斷知,通過(guò)電阻的電流方向由Q指向N,B正確;金屬棒在a→b過(guò)程中,通過(guò)電阻的電荷量,同理,在b→c的過(guò)程中,通過(guò)電阻的電荷量,由于,可得,C正確;在b→c的過(guò)程中,對(duì)金屬棒運(yùn)用動(dòng)量定理得:,而,解得,同理,在a→c的過(guò)程中,對(duì)金屬棒運(yùn)用動(dòng)量定理得:,而,解得,因,因此,D錯(cuò)誤。 則電阻R兩端的電壓為 則電壓表的示數(shù)為0.16 V (3)由,,得,通過(guò)導(dǎo)體棒的電荷量為: 【名師點(diǎn)睛】本題是電磁感應(yīng)與電路知識(shí)的綜合,要掌握電磁感應(yīng)和電路的基本規(guī)律,對(duì)于電磁感應(yīng)中復(fù)雜的電路問(wèn)題常常要畫等效電路研究。

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