2020屆高考物理第一輪復(fù)習(xí) 電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用測試題13 選修3-2

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1、2020屆物理高三一輪精品測試題：9.3電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用（選修3-2） 一、選擇題 1.如右圖所示，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(　　) 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 解析：　本題考查電磁感應(yīng)．a(chǎn)b

2、邊向下擺動(dòng)過程中，磁通量逐漸減小，根據(jù)楞次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． 答案：　D 2.一質(zhì)量為m、電阻為r的金屬桿ab，以一定的初速度v0從一光滑平行金屬導(dǎo)軌底端向上滑行，導(dǎo)軌平面與水平面成30°角，兩導(dǎo)軌上端用一電阻R相連，如右圖所示，磁場垂直斜面向上，導(dǎo)軌的電阻不計(jì)，金屬桿向上滑行到某一高

3、度之后又返回到底端時(shí)的速度大小為v，(　　) A．向上滑行的時(shí)間大于向下滑行的時(shí)間 B．在向上滑行時(shí)電阻R上產(chǎn)生的熱量小于向下滑行時(shí)電阻R上產(chǎn)生的熱量 C．向上滑行時(shí)與向下滑行時(shí)通過電阻R的電荷量相等 D．金屬桿從開始上滑至返回出發(fā)點(diǎn)，電阻R上產(chǎn)生的熱量為m(v－v2) 解析：　導(dǎo)體桿沿斜面向上運(yùn)動(dòng)時(shí)安培力沿斜面向下，沿斜面向下運(yùn)動(dòng)時(shí)安培力沿斜面向上，所以上升過程的加速度大于下滑過程的加速度，因此向上滑行的時(shí)間小于向下滑行的時(shí)間，A錯(cuò)；向上滑行過程的平均速度大，感應(yīng)電流大，安培力做的功多，R上產(chǎn)生的熱量多，B錯(cuò)；由q＝知C對；由能量守恒定律知回路中產(chǎn)生的總熱量為m(v－v2)，D錯(cuò)；

4、本題中等難度． 答案：　C 3.矩形線圈abcd，長ab＝20cm，寬bc＝10cm，匝數(shù)n＝200，線圈回路總電阻R＝5Ω.整個(gè)線圈平面內(nèi)均有垂直于線圈平面的勻強(qiáng)磁場穿過．若勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化規(guī)律如右圖所示，則(　　) A．線圈回路中感應(yīng)電動(dòng)勢隨時(shí)間均勻變化 B．線圈回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流為0.2A C．當(dāng)t＝0.3s時(shí)，線圈的ab邊所受的安培力大小為0.016N D．在1min內(nèi)線圈回路產(chǎn)生的焦耳熱為48J 解析：　由E＝n＝nS可知，由于線圈中磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率＝T/s＝0.5T/s為常數(shù)，則回路中感應(yīng)電動(dòng)勢為E＝n＝2V，且恒定不變，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；回路中感

5、應(yīng)電流的大小為I＝＝0.4A，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；當(dāng)t＝0.3s時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.2T，則安培力為F＝nBIl＝200×0.2×0.4×0.2N＝3.2N，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；1min內(nèi)線圈回路產(chǎn)生的焦耳熱為Q＝I2Rt＝0.42×5×60J＝48J．選項(xiàng)D正確． 答案：　D 4．(2020·揚(yáng)州模擬)如圖甲所示，光滑導(dǎo)軌水平放置在與水平方向夾角60°斜向下的勻強(qiáng)磁場中，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖乙所示(規(guī)定斜向下為正方向)，導(dǎo)體棒ab垂直導(dǎo)軌放置，除電阻R的阻值外，其余電阻不計(jì)，導(dǎo)體棒ab在水平外力作用下始終處于靜止?fàn)顟B(tài)．規(guī)定a→b的方向?yàn)殡娏鞯恼较?，水平向右的方向?yàn)橥饬Φ恼较?/p>

6、，則在0～t時(shí)間內(nèi)，能正確反映流過導(dǎo)體棒ab的電流i和導(dǎo)體棒ab所受水平外力F隨時(shí)間t變化的圖象是(　　) 解析：　由楞次定律可判定回路中的電流始終為b→a方向，由法拉第電磁感應(yīng)定律可判定回路電流大小恒定，故A、B錯(cuò)；由F安＝BIL可得F安隨B的變化而變化，在0～t0時(shí)間內(nèi)，F(xiàn)安方向向右，故外力F與F安等值反向，方向向左為負(fù)值；在t0～t時(shí)間內(nèi)，F(xiàn)安方向改變，故外力F方向也改變?yōu)檎?，綜上所述，D項(xiàng)正確． 答案：　D 5.如右圖所示，光滑金屬導(dǎo)軌AC、AD固定在水平面內(nèi)，并處在方向豎直向下、大小為B的勻強(qiáng)磁場中．有一質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒以初速度v0從某位置開始在導(dǎo)軌上水平向右運(yùn)動(dòng)，最

7、終恰好靜止在A點(diǎn)．在運(yùn)動(dòng)過程中，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌始終構(gòu)成等邊三角形回路，且通過A點(diǎn)的總電荷量為Q.已知導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的接觸電阻阻值為R，其余電阻不計(jì)，則(　　) A．該過程中導(dǎo)體棒做勻減速運(yùn)動(dòng) B．該過程中接觸電阻產(chǎn)生的熱量為mv C．開始運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌所構(gòu)成回路的面積為 D．當(dāng)導(dǎo)體棒的速度為v0時(shí)，回路中感應(yīng)電流大小為初始時(shí)的一半 解析：　產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為E＝Blv，電流為I＝Blv/R，安培力為F＝BIl＝B2l2v/R，l、v都在減小，根據(jù)牛頓第二定律知，加速度也在減小，故A錯(cuò)；該過程中，動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為接觸電阻產(chǎn)生的熱量為mv；B錯(cuò)；該過程中，通過的總電荷量為Q＝BS/R，

8、整理后得開始運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌所構(gòu)成回路的S＝，C對；由產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為E＝Blv和電流為I＝Blv/R，可知D錯(cuò)． 答案：　C 6.如右圖所示，兩豎直放置的平行光滑導(dǎo)軌相距0.2m，其電阻不計(jì)，處于水平向里的勻強(qiáng)磁場中，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5T，導(dǎo)體棒ab與cd的電阻均為0.1Ω，質(zhì)量均為0.01kg.現(xiàn)用豎直向上的力拉ab棒，使之勻速向上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)cd棒恰好靜止，已知棒與導(dǎo)軌始終接觸良好，導(dǎo)軌足夠長，g取10m/s2，則(　　) A．a(chǎn)b棒向上運(yùn)動(dòng)的速度為1m/s B．a(chǎn)b棒受到的拉力大小為0.2N C．在2s時(shí)間內(nèi)，拉力做功為0.4J D．在2s時(shí)間內(nèi)，ab棒上產(chǎn)生

9、的焦耳熱為0.4J 解析：　cd棒受到的安培力等于它的重力，BL＝mg，v＝＝2m/s，A錯(cuò)誤．a(chǎn)b棒受到向下的重力G和向下的安培力F，則ab棒受到的拉力FT＝F＋G＝2mg＝0.2N，B正確．在2s內(nèi)拉力做的功，W＝FTvt＝0.2×2×2J＝0.8J，C不正確．在2s內(nèi)ab棒上產(chǎn)生的熱量Q＝I2Rt＝2Rt＝0.2J，D不正確． 答案：　B 7.如右圖所示，在光滑水平面上方，有兩個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B、方向相反的水平勻強(qiáng)磁場，如圖所示，PQ為兩個(gè)磁場的邊界，磁場范圍足夠大．一個(gè)邊長為a，質(zhì)量為m，電阻為R的正方形金屬線框垂直磁場方向，以速度v從圖示位置向右運(yùn)動(dòng)，當(dāng)線框中心線AB運(yùn)動(dòng)到

10、與PQ重合時(shí)，線框的速度為，則(　　) A．此時(shí)線框中的電功率為4B2a2v2/R B．此時(shí)線框的加速度為4B2a2v/(mR) C．此過程通過線框截面的電荷量為Ba2/R D．此過程回路產(chǎn)生的電能為0.75mv2 解析：　線框左右兩邊都切割磁感線則E總＝2Ba·，P＝＝，A錯(cuò)誤；線框中電流I＝＝，兩邊受安培力F合＝2·BIa＝，故加速度a＝，B錯(cuò)誤；由＝，＝.q＝Δt得q＝.從B點(diǎn)到Q點(diǎn)ΔΦ＝Ba2，故C正確；而回路中產(chǎn)生的電能E＝mv2－m2＝mv2，故D錯(cuò)誤． 答案：　C 二、非選擇題 8．(2020·江蘇單科) 如右圖所示，兩足夠長的光滑金屬導(dǎo)軌豎直放置，相距為L，一

11、理想電流表與兩導(dǎo)軌相連，勻強(qiáng)磁場與導(dǎo)軌平面垂直．一質(zhì)量為m、有效電阻為R的導(dǎo)體棒在距磁場上邊界h處靜止釋放．導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場后，流經(jīng)電流表的電流逐漸減小，最終穩(wěn)定為I.整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌接觸良好，且始終保持水平，不計(jì)導(dǎo)軌的電阻．求： (1)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B； (2)電流穩(wěn)定后，導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)速度的大小v； (3)流經(jīng)電流表電流的最大值Im. 解析：　(1)電流穩(wěn)定后，導(dǎo)體棒做勻速運(yùn)動(dòng)　BIL＝mg① 解得　B＝.② (2)感應(yīng)電動(dòng)勢　E＝BLv③ 感應(yīng)電流　I＝④ 由②③④式解得　v＝. (3)由題意知，導(dǎo)體棒剛進(jìn)入磁場時(shí)的速度最大，設(shè)為vm 機(jī)械能守恒　mv＝mgh

12、 感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值　Em＝BLvm 感應(yīng)電流的最大值　Im＝ 解得　Im＝. 答案：　(1)B＝　(2)v＝　(3)Im＝ 9.如右圖所示，兩根相同的勁度系數(shù)為k的金屬輕彈簧用兩根等長的絕緣線懸掛在水平天花板上，彈簧的上端通過導(dǎo)線與阻值為R的電阻相連，彈簧的下端接一質(zhì)量為m、長度為L、電阻為r的金屬棒，金屬棒始終處于寬度為d的垂直紙面向里磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中．開始時(shí)彈簧處于原長．金屬棒從靜止釋放，其下降高度為h時(shí)達(dá)到了最大速度．已知彈簧始終在彈性限度內(nèi)，且當(dāng)彈簧的形變量為x時(shí)，它的彈性勢能為kx2，不計(jì)空氣阻力和其他電阻，求： (1)金屬棒的最大速度是多少？ (2)這一過

13、程中R消耗的電能是多少？ 解析：　(1)當(dāng)金屬棒有最大速度時(shí)，加速度為零，金屬棒受向上的彈力、安培力和向下的重力作用，有 2kh＋BId＝mg I＝ vmax＝. (2)根據(jù)能量關(guān)系得 mgh－2×－mv＝E電 又有R、r共同消耗了總電能 ＝，ER＋Er＝E電 整理得R消耗的電能為 ER＝E電＝[mgh－kh2－]． 答案：　(1) (2)[mgh－kh2－] 10．如圖所示，在距離水平地面h＝0.8m的虛線的上方，有一個(gè)方向垂直于紙面水平向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場．正方形線框abcd的邊長l＝0.2m，質(zhì)量m＝0.1kg，電阻R＝0.08Ω.一條不可伸長的輕繩繞過輕滑輪，一端連

14、線框，另一端連一質(zhì)量M＝0.2kg的物體A.開始時(shí)線框的cd在地面上，各段繩都處于伸直狀態(tài)，從如圖所示的位置由靜止釋放物體A，一段時(shí)間后線框進(jìn)入磁場運(yùn)動(dòng)，已知線框的ab邊剛進(jìn)入磁場時(shí)線框恰好做勻速運(yùn)動(dòng)．當(dāng)線框的cd邊進(jìn)入磁場時(shí)物體A恰好落地，同時(shí)將輕繩剪斷，線框繼續(xù)上升一段時(shí)間后開始下落，最后落至地面．整個(gè)過程線框沒有轉(zhuǎn)動(dòng)，線框平面始終處于紙面內(nèi)，g取10m/s2.求： (1)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B. (2)線框從開始運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)，用了多長時(shí)間？ (3)線框落地時(shí)的速度多大？ 解析：　(1)設(shè)線框到達(dá)磁場邊界時(shí)速度大小為v，由機(jī)械能守恒定律可得： Mg(h－l)＝mg(h－l)＋

15、(M＋m)v2① 代入數(shù)據(jù)解得：v＝2m/s② 線框的ab邊剛進(jìn)入磁場時(shí)，感應(yīng)電流：I＝③ 線框恰好做勻速運(yùn)動(dòng)，有： Mg＝mg＋I(xiàn)Bl④ 代入數(shù)據(jù)解得：B＝1T．⑤ (2)設(shè)線框進(jìn)入磁場之前運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t1，有： h－l＝vt1⑥ 代入數(shù)據(jù)解得：t1＝0.6s⑦ 線框進(jìn)入磁場過程做勻速運(yùn)動(dòng)，所用時(shí)間： t2＝＝0.1s⑧ 此后輕繩拉力消失，線框做豎直上拋運(yùn)動(dòng)，到最高點(diǎn)時(shí)所用時(shí)間：t3＝＝0.2s⑨ 線框從開始運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)，所用時(shí)間： t＝t1＋t2＋t3＝0.9s．⑩ (3)線框從最高點(diǎn)下落至磁場邊界時(shí)速度大小不變，線框所受安培力大小也不變，即 IBl＝(M－m)g＝mg? 因此，線框穿過磁場過程還是做勻速運(yùn)動(dòng)，離開磁場后做豎直下拋運(yùn)動(dòng)． 由機(jī)械能守恒定律可得： mv＝mv2＋mg(h－l)? 代入數(shù)據(jù)解得線框落地時(shí)的速度： v1＝4m/s.? 答案：　(1)1T　(2)0.9s　(3)4m/s