2022年高考物理總復(fù)習(xí) 專題10 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)和能量問題課時(shí)作業(yè)（含解析）

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1、2022年高考物理總復(fù)習(xí) 專題10 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)和能量問題課時(shí)作業(yè)（含解析） 一、單項(xiàng)選擇題 1.如圖1所示，在一勻強(qiáng)磁場中有一U形導(dǎo)線框abcd，線框處于水平面內(nèi)，磁場與線框平面垂直，R為一電阻，ef為垂直于ab的一根導(dǎo)體桿，它可以在ab、cd上無摩擦地滑動(dòng)．桿ef及線框中導(dǎo)線的電阻都可不計(jì)．開始時(shí)，給ef一個(gè)向右的初速度，則(　　) 圖1 A．ef將減速向右運(yùn)動(dòng)，但不是勻減速 B．ef將勻減速向右運(yùn)動(dòng)，最后停止 C．ef將勻速向右運(yùn)動(dòng) D．ef將往返運(yùn)動(dòng) 【答案】A 【解析】桿ef向右運(yùn)動(dòng)，所受安培力F＝BIL＝BL＝，方向向左，故桿ef做減速運(yùn)動(dòng)；v減小，F(xiàn)減

2、小，桿做加速度逐漸減小的減速運(yùn)動(dòng)，A正確． 2．如圖2所示，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向豎直向下，在磁場中有一個(gè)邊長為L的正方形剛性金屬框，ab邊的質(zhì)量為m，電阻為R，其他三邊的質(zhì)量和電阻均不計(jì)．cd邊上裝有固定的水平軸，將金屬框自水平位置由靜止釋放，第一次轉(zhuǎn)到豎直位置時(shí)，ab邊的速度為v，不計(jì)一切摩擦，重力加速度為g，則在這個(gè)過程中，下列說法正確的是(　　) 圖2 A．通過ab邊的電流方向?yàn)閍→b B．a(chǎn)b邊經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)的速度v＝ C．a(chǎn)、b兩點(diǎn)間的電壓逐漸變大 D．金屬框中產(chǎn)生的焦耳熱為mgL－mv2 【答案】D 【解析】ab邊向下擺動(dòng)過程中，磁通量逐漸減小，根據(jù)楞次

3、定律及右手定則可知感應(yīng)電流方向?yàn)閎→a，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；ab邊由水平位置到達(dá)最低點(diǎn)過程中，機(jī)械能不守恒，所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤；金屬框擺動(dòng)過程中，ab邊同時(shí)受安培力作用，故當(dāng)重力與安培力沿其擺動(dòng)方向分力的合力為零時(shí)，a、b兩點(diǎn)間電壓最大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)能量轉(zhuǎn)化和守恒定律可知，金屬框中產(chǎn)生的焦耳熱應(yīng)等于此過程中機(jī)械能的損失，故選項(xiàng)D正確． 3．如圖3所示，兩根水平放置的相互平行的金屬導(dǎo)軌ab、cd表面光滑，處在豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，金屬棒PQ垂直于導(dǎo)軌放在上面，以速度v向右勻速運(yùn)動(dòng)，欲使棒PQ停下來，下面的措施可行的是(導(dǎo)軌足夠長，棒PQ有電阻)(　　) 圖3 A．在PQ右側(cè)垂直于導(dǎo)軌再放上一根

4、同樣的金屬棒 B．在PQ右側(cè)垂直于導(dǎo)軌再放上一根質(zhì)量和電阻均比棒PQ大的金屬棒 C．將導(dǎo)軌的a、c兩端用導(dǎo)線連接起來 D．在導(dǎo)軌的a、c兩端用導(dǎo)線連接一個(gè)電容器 【答案】C 【解析】在PQ棒右側(cè)放金屬棒時(shí)，回路中會(huì)有感應(yīng)電流，使金屬棒加速，PQ棒減速，當(dāng)獲得共同速度時(shí)，回路中感應(yīng)電流為零，兩棒都將勻速運(yùn)動(dòng)，A、B項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)一端或兩端用導(dǎo)線連接時(shí)，PQ的動(dòng)能將轉(zhuǎn)化為內(nèi)能而最終靜止，C選項(xiàng)正確．D項(xiàng)中棒最終勻速，D錯(cuò)誤． 4．一個(gè)剛性矩形銅制線圈從高處自由下落，進(jìn)入一水平的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，然后穿出磁場區(qū)域繼續(xù)下落，如圖4所示，則(　　) 圖4 A．若線圈進(jìn)入磁場過程是勻速運(yùn)動(dòng)，則

5、離開磁場過程也是勻速運(yùn)動(dòng) B．若線圈進(jìn)入磁場過程是加速運(yùn)動(dòng)，則離開磁場過程也是加速運(yùn)動(dòng) C．若線圈進(jìn)入磁場過程是減速運(yùn)動(dòng)，則離開磁場過程也是減速運(yùn)動(dòng) D．若線圈進(jìn)入磁場過程是減速運(yùn)動(dòng)，則離開磁場過程是加速運(yùn)動(dòng) 【答案】C 5．如圖5所示，在水平面內(nèi)固定著U形光滑金屬導(dǎo)軌，軌道間距為50 cm，金屬導(dǎo)體棒ab質(zhì)量為0.1 kg，電阻為0.2 Ω，橫放在導(dǎo)軌上，電阻R的阻值是0.8 Ω(導(dǎo)軌其余部分電阻不計(jì))．現(xiàn)加上豎直向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.2 T的勻強(qiáng)磁場．用水平向右的恒力F＝0.1 N拉動(dòng)ab，使其從靜止開始運(yùn)動(dòng)，則(　　) 圖5 A．導(dǎo)體棒ab開始運(yùn)動(dòng)后，電阻R中的電流方向

6、是從P流向M B．導(dǎo)體棒ab運(yùn)動(dòng)的最大速度為10 m/s C．導(dǎo)體棒ab開始運(yùn)動(dòng)后，a、b兩點(diǎn)的電勢(shì)差逐漸增加到1 V 后保持不變 D．導(dǎo)體棒ab開始運(yùn)動(dòng)后任一時(shí)刻，F(xiàn)的功率總等于導(dǎo)體棒ab和電阻R的發(fā)熱功率之和 【答案】B 【解析】由右手定則可判斷電阻R中的感應(yīng)電流方向是從M流向P，A錯(cuò)；當(dāng)金屬導(dǎo)體棒受力平衡時(shí)，其速度將達(dá)到最大值，由F＝BIL，I＝＝，代入數(shù)據(jù)解得vm＝10 m/s，B對(duì)；電動(dòng)勢(shì)最大值Em＝1 V，a、b兩點(diǎn)的電勢(shì)差為路端電壓，最大值小于1 V，C錯(cuò)；在達(dá)到最大速度以前，F(xiàn)所做的功一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，另一部分轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體棒的動(dòng)能，D錯(cuò)． 二、雙項(xiàng)選擇題 6．如圖6

7、所示，光滑的“”形金屬導(dǎo)體框豎直放置，質(zhì)量為m的金屬棒MN與框架接觸良好．磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為B1、B2的有界勻強(qiáng)磁場方向相反，但均垂直于框架平面，分別處在abcd和cdef區(qū)域．現(xiàn)從圖示位置由靜止釋放金屬棒MN，當(dāng)金屬棒進(jìn)入磁場B1區(qū)域后，恰好做勻速運(yùn)動(dòng)．以下說法中正確的是(　　) 圖6 A．若B2＝B1，金屬棒進(jìn)入B2區(qū)域后將加速下滑 B．若B2＝B1，金屬棒進(jìn)入B2區(qū)域后仍將保持勻速下滑 C．若B2B1，金屬棒進(jìn)入B2區(qū)域后將先加速后勻速下滑 【答案】BC 【解析】當(dāng)金屬棒MN進(jìn)入磁場B1區(qū)域時(shí)，金屬棒MN切割磁感

8、線而使回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，當(dāng)金屬棒MN恰好做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其重力和安培力平衡，即有＝mg.金屬棒MN剛進(jìn)入B2區(qū)域時(shí)，速度仍為v，若B2＝B1，則仍滿足＝mg，金屬棒MN仍保持勻速下滑，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；若B2

9、并接觸良好．用平行于MN向右的水平力拉動(dòng)CD，使之由靜止開始運(yùn)動(dòng)．拉力的功率恒為P，當(dāng)導(dǎo)體棒CD達(dá)到最大速度v0時(shí)，下列判斷中正確的是(　　) 圖7 A．最大速度數(shù)值為v0＝ B．導(dǎo)體棒上C點(diǎn)電勢(shì)低于D點(diǎn)電勢(shì) C．克服安培力的功率等于拉力的功率P D．導(dǎo)體棒CD上產(chǎn)生的電熱功率為P 【答案】AC 【解析】本題考查法拉第電磁感應(yīng)定律，意在考查考生綜合應(yīng)用能力． 根據(jù)右手定則可以判斷D點(diǎn)電勢(shì)低于C點(diǎn)電勢(shì)，B錯(cuò)誤；導(dǎo)體棒CD達(dá)到最大速度時(shí)拉力F與安培力合力為零，P＝Fv0，F(xiàn)＝BIL，所以P＝BILv0，C正確；I＝，解得v0＝，A正確，整個(gè)回路中導(dǎo)體棒和電阻R上都要產(chǎn)生電熱，D

10、錯(cuò)誤． 8．如圖8甲所示，在光滑水平面上用恒力F拉質(zhì)量為m的單匝均勻正方形銅線框，邊長為a，在1位置以速度v0進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場并開始計(jì)時(shí)，若磁場的寬度為b(b>3a)，在3t0時(shí)刻線框到達(dá)2位置速度又為v0，并開始離開勻強(qiáng)磁場．此過程中v-t圖象如圖8乙所示，則(　　) 　　　　甲　　　　　　　　乙 圖8 A．t＝0時(shí)，線框右側(cè)邊MN間的電壓為Bav0 B．在t0時(shí)刻線框的速度為v0－ C．線框完全離開磁場的瞬間位置3速度一定比t0時(shí)刻線框的速度大 D．線框完全離開磁場的瞬間位置3速度一定比t0時(shí)刻線框的速度小 【答案】AB 【解析】t＝0時(shí)，MN開始切割磁感

11、線，電動(dòng)勢(shì)E＝Bav0.四邊電阻相等，MN間電壓為Bav0，A正確．在t0～3t0時(shí)段，設(shè)t0時(shí)刻速度為v′.據(jù)動(dòng)量定理F·2t0＝mv0－mv′，則v′＝v0－，B正確．據(jù)題意分析知，3t0后的離開過程與0～t0的進(jìn)入過程完全相同，因此線框離開磁場的瞬間位置3速度與t0時(shí)刻相同，C、D均錯(cuò)． 9．如圖9所示，水平放置的兩根平行長直金屬導(dǎo)軌的間距為d，其右端接有阻值為R的電阻，整個(gè)裝置處在方向豎直向上磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中．一質(zhì)量為m(質(zhì)量分布均勻)的導(dǎo)體桿ab垂直于導(dǎo)軌放置，且與兩導(dǎo)軌保持良好接觸，桿與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ.現(xiàn)桿在水平向左、垂直于桿的恒力F作用下從靜止開始沿導(dǎo)軌

12、運(yùn)動(dòng)距離L時(shí)，速度恰好達(dá)到最大(運(yùn)動(dòng)過程中桿始終與導(dǎo)軌保持垂直)．設(shè)桿接入電路的電阻為r，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，重力加速度大小為g.則此過程(　　) 圖9 A．桿運(yùn)動(dòng)速度的最大值為 B．流過電阻R的電荷量為 C．恒力F做的功與摩擦力做的功之和等于桿動(dòng)能的變化量 D．恒力F做的功與安培力做的功之和大于桿動(dòng)能的變化量 【答案】BD 【解析】當(dāng)桿達(dá)到最大速度vm時(shí)， F－μmg－＝0，解得 vm＝，A錯(cuò)；由公式 q＝＝＝，B對(duì)；在桿從開始運(yùn)動(dòng)到達(dá)到最大速度的過程中由動(dòng)能定理有：WF＋Wf＋W安＝ΔEk，其中Wf＝－μmgL，W安＝－Q，恒力F做的功與摩擦力做的功之和等于桿動(dòng)能的變化量

13、與回路產(chǎn)生的焦耳熱之和，C錯(cuò)；恒力F做的功與安培力做的功之和等于桿動(dòng)能的變化量與克服摩擦力做的功之和，D對(duì)． 三、非選擇題 10．如圖10所示，電阻可忽略的光滑平行金屬導(dǎo)軌長s＝1.15 m，兩導(dǎo)軌間距L＝0.75 m，導(dǎo)軌傾角為30°，導(dǎo)軌上端ab接一阻值 R＝1.5 Ω的電阻，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.8 T的勻強(qiáng)磁場垂直軌道平面向上．阻值r＝0.5 Ω，質(zhì)量m＝0.2 kg的金屬棒與軌道垂直且接觸良好，從軌道上端ab處由靜止開始下滑至底端，在此過程中金屬棒產(chǎn)生的焦耳熱 Q1＝0.1 J．(取g＝10 m/s2)求： 圖10 (1)金屬棒在此過程中克服安培力的功W安； (2)金屬棒下

14、滑速度v＝2 m/s時(shí)的加速度a； (3)為求金屬棒下滑的最大速度vm，有同學(xué)解答如下：由動(dòng)能定理WG－W安＝mv，由此所得結(jié)果是否正確？若正確，說明理由并完成本小題；若不正確，給出正確的解答． 【答案】(1)0.4 J　(2)3.2 m/s2　(3)見解析 【解析】(1)下滑過程中安培力做的功即為電阻上產(chǎn)生的焦耳熱，由于R＝3r，因此 QR＝3Qr＝0.3 J 所以W安＝Q＝QR＋Qr＝0.4 J. (2)金屬棒下滑時(shí)受重力和安培力 F安＝BIL＝v 由牛頓第二定律mgsin 30°－v＝ma 所以a＝gsin 30°－v ＝[10×－] m/s2＝3.2 m/s2.

15、(3)此解法正確． 金屬棒下滑時(shí)受重力和安培力作用，其運(yùn)動(dòng)滿足 mgsin 30°－v＝ma 上式表明，加速度隨速度增大而減小，棒做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)．無論最終是否達(dá)到勻速，當(dāng)棒到達(dá)斜面底端時(shí)速度一定為最大．由動(dòng)能定理可以得到棒的末速度，因此上述解法正確． mgssin 30°－Q＝mv 所以vm＝ ＝ m/s ≈2.74 m/s. 11．(xx·廣東)如圖11甲所示，在垂直于勻強(qiáng)磁場B的平面內(nèi)，半徑為r的金屬圓盤繞過圓心O的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，圓心O和邊緣K通過電刷與一個(gè)電路連接．電路中的P是加上一定正向電壓才能導(dǎo)通的電子元件．流過電流表的電流I與圓盤角速度ω的關(guān)系如圖11乙所示，其中

16、ab段和bc段均為直線，且ab段過坐標(biāo)原點(diǎn)．ω>0代表圓盤逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)．已知：R＝3.0 Ω，B＝1.0 T，r＝0.2 m．忽略圓盤、電流表和導(dǎo)線的電阻． (1)根據(jù)圖乙寫出ab、bc段對(duì)應(yīng)I與ω的關(guān)系式； (2)求出圖乙中b、c兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的P兩端的電壓Ub和Uc； (3)分別求出ab、bc段流過P的電流IP與其兩端電壓UP的關(guān)系式． 圖11 【答案】(1)Iab＝ω(A) Ibc＝0.01ω－0.05(A) (2)0.3 V　0.9 V (3)見解析 【解析】(1)設(shè)ab段對(duì)應(yīng)的I與ω的關(guān)系式為I＝k1ω，bc段對(duì)應(yīng)的I與ω的關(guān)系式為I＝k2ω＋b 由乙圖可知Iab＝ω(A)； Ibc＝0.01ω－0.05(A)． (2)b點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電流Ib＝0.1 A，ωb＝15 rad/s 圓盤產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)Eb＝Br2ωb＝0.3 V，即P兩端對(duì)應(yīng)的電壓Ub＝0.3 V c點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電流Ic＝0.4 A，ωc＝45 rad/s 圓盤產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)Ec＝Br2ωc＝0.9 V，即P兩端對(duì)應(yīng)的電壓Uc＝0.9 V. (3)對(duì)應(yīng)于bc段P導(dǎo)通，流過電流表的電流 Iab＝IR＋I(xiàn)P IP＝，E＝Br2ω 則對(duì)應(yīng)于bc段流過P的電流 IP＝UP－ 對(duì)應(yīng)于a點(diǎn)元件P不導(dǎo)通，則對(duì)應(yīng)于ab段流過P的電流IP＝0.