2019-2020年高考物理 電磁感應(yīng)沖關(guān)訓(xùn)練2（含解析）.doc

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2019-2020年高考物理 電磁感應(yīng)沖關(guān)訓(xùn)練2（含解析） 一、選擇題每題6分 圖4－2－16 1．(xx汕頭質(zhì)檢)圓形導(dǎo)體線圈a平放在水平桌面上，在a的正上方固定一豎直螺線管b，二者軸線重合，螺線管與電源和滑動(dòng)變阻器連接成如圖4－2－16所示的電路．若將滑動(dòng)變阻器的滑片P向下滑動(dòng)，下列表述正確的是(　　) A．線圈a中將產(chǎn)生俯視順時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流 B．穿過(guò)線圈a的磁通量變小 C．線圈a有擴(kuò)張的趨勢(shì) D．線圈a對(duì)水平桌面的壓力FN將增大 圖4－2－17 解析：本題考查楞次定律的知識(shí)，意在考查學(xué)生對(duì)楞次定律、右手螺旋定則等知識(shí)的掌握．通過(guò)螺線管b的電流如圖4－2－17所示，根據(jù)右手螺旋定則判斷出螺線管b所產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向豎直向下，滑片P向下滑動(dòng)，接入電路的電阻減小，電流增大，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度增強(qiáng)，根據(jù)楞次定律可知，a線圈中所產(chǎn)生的感應(yīng)電流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)方向豎直向上，再由右手螺旋定則可得線圈a中的電流方向?yàn)楦┮暷鏁r(shí)針?lè)较?，A錯(cuò)誤；由于螺線管b中的電流增大，所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度增強(qiáng)，線圈a中的磁通量應(yīng)變大，B錯(cuò)誤；根據(jù)楞次定律可知，線圈a將阻礙磁通量的增大，因此，線圈a有縮小的趨勢(shì)，線圈a對(duì)水平桌面的壓力增大，C錯(cuò)誤，D正確． 答案：D 圖4－2－18 2.如圖4－2－18，均勻磁場(chǎng)中有一由半圓弧及其直徑構(gòu)成的導(dǎo)線框，半圓直徑與磁場(chǎng)邊緣重合；磁場(chǎng)方向垂直于半圓面(紙面)向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0.使該線框從靜止開(kāi)始繞過(guò)圓心O、垂直于半圓面的軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)半周，在線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流．現(xiàn)使線框保持圖中所示位置，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間線性變化．為了產(chǎn)生與線框轉(zhuǎn)動(dòng)半周過(guò)程中同樣大小的電流，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化率的大小應(yīng)為(　　) A.　　　B.　　　C.　　　D. 解析：當(dāng)導(dǎo)線框勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，設(shè)半徑為r，導(dǎo)線框電阻為R，在很小的Δt時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)過(guò)圓心角Δθ＝ωΔt，由法拉第電磁感應(yīng)定律及歐姆定律可得感應(yīng)電流I1＝＝＝；當(dāng)導(dǎo)線框不動(dòng)，而磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，同理可得感應(yīng)電流I2＝＝，令I(lǐng)1＝I2，可得＝，C對(duì)． 答案：C 圖4－2－19 3.半徑為a右端開(kāi)小口的導(dǎo)體圓環(huán)和長(zhǎng)為2a的導(dǎo)體直桿，單位長(zhǎng)度電阻均為R0.圓環(huán)水平固定放置，整個(gè)內(nèi)部區(qū)域分布著豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.桿在圓環(huán)上以速度v平行于直徑CD向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，桿始終有兩點(diǎn)與圓環(huán)良好接觸，從圓環(huán)中心O開(kāi)始，桿的位置由θ確定，如圖4－2－19所示．則(　　) A．θ＝0時(shí)，桿產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為2Bav B．θ＝時(shí)，桿產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為Bav C．θ＝0時(shí)，桿受的安培力大小為 D．θ＝，桿受的安培力大小為 解析：根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可得E＝Blv(其中l(wèi)為有效長(zhǎng)度)，當(dāng)θ＝0時(shí)，l＝2a，則E＝2Bav；當(dāng)θ＝時(shí)，l＝a，則E＝Bav，故A選項(xiàng)正確，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的大小的計(jì)算公式可得F＝BIl，又根據(jù)閉合電路歐姆定律可得I＝，當(dāng)θ＝0時(shí)，l＝2a，E＝2Bav，r＋R＝(π＋2)aR0，解得F＝；當(dāng)θ＝時(shí)，l＝a，E＝Bav，r＋R＝aR0，解得F＝，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤，D選項(xiàng)正確． 答案：AD 圖4－2－20 4．(xx汕頭質(zhì)檢)如圖4－2－20所示，正方形線框的邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，電容器的電容為C.正方形線框的一半放在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度以k為變化率均勻減小時(shí)，則(　　) A．線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為kL2 B．電壓表沒(méi)有讀數(shù) C．a(chǎn)點(diǎn)的電勢(shì)高于b點(diǎn)的電勢(shì) D．電容器所帶的電荷量為零 解析：本題考查電磁感應(yīng)的相關(guān)知識(shí)，意在考查學(xué)生對(duì)電磁感應(yīng)知識(shí)、電容器等知識(shí)的掌握．由于線框的一半放在磁場(chǎng)中，因此線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為kL2/2，A錯(cuò)誤；由于線框所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是恒定的，且線框連接了一個(gè)電容器，相當(dāng)于電路斷路，外電壓等于電動(dòng)勢(shì)，內(nèi)電壓為零，而接電壓表的這部分相當(dāng)于回路的內(nèi)部，因此，電壓表兩端無(wú)電壓，電壓表沒(méi)有讀數(shù)，B正確；根據(jù)楞次定律可以判斷，a點(diǎn)的電勢(shì)高于b點(diǎn)的電勢(shì)，C正確；電容器所帶電荷量為Q＝C，D錯(cuò)誤． 答案：BC 5．(xx湖北聯(lián)考)光滑平行的金屬導(dǎo)軌寬度為L(zhǎng)，與水平方向成θ角傾斜固定，導(dǎo)軌之間充滿了垂直于導(dǎo)軌平面的足夠大的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，在導(dǎo)軌上垂直導(dǎo)軌放置著質(zhì)量均為m，電阻均為R的金屬棒a、b，二者都被垂直于導(dǎo)軌的擋板擋住保持靜止，金屬導(dǎo)軌電阻不計(jì)，現(xiàn)對(duì)b棒施加一垂直于棒且平行于導(dǎo)軌平面向上的牽引力F，并在極短的時(shí)間內(nèi)將牽引力的功率從零調(diào)為恒定的P.為了使a棒沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)，P的取值可能為(重力加速度為g)(　　) 圖4－2－21 A.sin2θ B.sin2θ C.sin2θ D.sin2θ 解析：本題考查電磁感應(yīng)，意在考查學(xué)生應(yīng)用電磁感應(yīng)和力學(xué)知識(shí)處理問(wèn)題的能力．以b棒為研究對(duì)象，由牛頓第二定律可知F－mgsinθ－BL＝ma，以a棒為研究對(duì)象，由牛頓第二定律可知BL－mgsinθ＝ma′，則F>2mgsinθ，v>，故P＝Fv>sin2θ，由此可得選項(xiàng)C、D正確，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤． 答案：CD 圖4－2－22 6．(xx浙江聯(lián)考)如圖4－2－22所示，一矩形線框以豎直向上的初速度進(jìn)入只有一條水平邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，進(jìn)入磁場(chǎng)后上升一段高度又落下離開(kāi)磁場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)中線框只受重力和安培力作用，線框在向上、向下經(jīng)過(guò)圖中1、2位置時(shí)的速率按時(shí)間順序依次為v1、v2、v3和v4，則可以確定(　　) A．v1v2，A錯(cuò)誤；線框離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)受到的安培力方向豎直向上，重力方向豎直向下，二者大小關(guān)系不能確定，故v3、v4大小關(guān)系也不能確定，C錯(cuò)誤． 答案：D 7．(xx長(zhǎng)沙測(cè)試)一環(huán)形線圈放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，設(shè)第1 s內(nèi)磁感線垂直線圈平面向里，如圖4－2－23甲所示．若磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖4－2－24乙所示，那么下列選項(xiàng)正確的是(　　) 　　　 甲　　　　　　　　　　　乙　　　 圖4－2－23 A．第1 s內(nèi)線圈中感應(yīng)電流的大小逐漸增加 B．第2 s內(nèi)線圈中感應(yīng)電流的大小恒定 C．第3 s內(nèi)線圈中感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较? D．第4 s內(nèi)線圈中感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较? 解析：本題考查電磁感應(yīng)問(wèn)題，意在考查學(xué)生對(duì)感應(yīng)電流方向的判定及感應(yīng)電流大小的計(jì)算．由圖象分析可知，磁場(chǎng)在每1 s內(nèi)為均勻變化，斜率恒定，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流大小恒定，因此A錯(cuò)誤、B正確；由楞次定律可判斷出第3 s、第4 s內(nèi)線圈中感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较颍珻錯(cuò)誤，D正確． 答案：BD 圖4－2－24 8.兩根足夠長(zhǎng)的光滑導(dǎo)軌豎直放置，間距為L(zhǎng)，頂端接阻值為R的電阻．將長(zhǎng)度為L(zhǎng)、質(zhì)量為m、電阻為r的金屬棒固定在一個(gè)輕彈簧的上端，彈簧的下端固定在地面上且與地絕緣．金屬棒和導(dǎo)軌接觸良好．導(dǎo)軌所在平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直，如圖4－2－24所示．現(xiàn)將金屬棒壓縮彈簧適當(dāng)距離后由靜止釋放，則(　　) A．金屬棒向上運(yùn)動(dòng)時(shí)流過(guò)電阻R的電流由左向右 B．金屬棒運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程始終克服安培力做功 C．金屬棒所能獲得的最大速度一定出現(xiàn)在第一次向上運(yùn)動(dòng)的某一時(shí)刻 D．金屬棒的速度為v時(shí)，所受的安培力大小為F＝ 解析：由右手定則可知流過(guò)電阻R上的電流的方向向左，A錯(cuò)誤；安培力方向始終與運(yùn)動(dòng)方向相反，故整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程始終克服安培力做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，B正確；金屬棒做速度越來(lái)越小的振動(dòng)，最后停在重力等于彈力的位置，所以最大速度一定出現(xiàn)在第一次向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈力等于重力加安培力的時(shí)候，C正確；當(dāng)金屬棒速度為v時(shí)，有E＝BLv，I＝E/(R＋r)，F(xiàn)＝BIL，可知D正確． 答案：BCD 圖4－2－25 9.平行金屬導(dǎo)軌與水平面成θ角，導(dǎo)軌與固定電阻R1和R2相連，勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直穿過(guò)導(dǎo)軌平面，有一導(dǎo)體棒ab，質(zhì)量為m，導(dǎo)體棒電阻與固定電阻R1和R2的阻值均相等，與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，導(dǎo)體棒ab在拉力作用下，沿導(dǎo)軌以速度v向上滑動(dòng)時(shí)，受到的安培力大小為F，則此時(shí)(　　) A．電阻R1消耗的電功率為Fv B．電阻R1消耗的電功率為Fv C．拉力的功率為mgvsinθ D．由于摩擦產(chǎn)生的熱功率為μmgvcosθ 解析：安培力做的功和電路中產(chǎn)生的電能相等，故安培力的功率即電路中電源的總功率，大小為Fv.金屬棒ab切割磁感線，相當(dāng)于電路中的電源，電阻R1和電阻R2為并聯(lián)關(guān)系，因?yàn)镽1等于R2，設(shè)流過(guò)電阻R1的電流為I，那么流過(guò)金屬棒ab的電流為2I，金屬棒ab的電阻也和R1相等，所以金屬棒ab的功率是電阻R1的四倍，所以電阻R1的功率僅占總功率的六分之一，即Fv，A正確，B錯(cuò)誤；拉力大于mgsinθ，C錯(cuò)誤；因?yàn)槟硞€(gè)力的瞬時(shí)功率P＝Fv，即由于摩擦產(chǎn)生的功率P′＝μmgcosθv＝μmgvcosθ，D正確． 答案：AD 二、非選擇題每題10分 圖4－2－26 10．(xx西城模擬)如圖4－2－26所示，光滑金屬直軌道MN和PQ固定在同一水平面內(nèi)，MN、PQ平行且足夠長(zhǎng)，兩軌道間的寬度L＝0.50 m．平行軌道左端接一阻值R＝0.50 Ω的電阻．軌道處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝0.40 T，方向垂直導(dǎo)軌平面向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．一導(dǎo)體棒ab垂直于軌道放置．導(dǎo)體棒在垂直導(dǎo)體棒且水平向右的外力F作用下向右勻速運(yùn)動(dòng)，速度大小v＝5.0 m/s，導(dǎo)體棒與軌道始終接觸良好并且相互垂直．不計(jì)軌道和導(dǎo)體棒的電阻，不計(jì)空氣阻力．求： (1)通過(guò)電阻R的電流大小I； (2)作用在導(dǎo)體棒上的外力大小F； (3)導(dǎo)體棒克服安培力做功的功率P安． 解析：(1)導(dǎo)體棒ab切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 E＝BLv＝1.0 V 由閉合電路歐姆定律有 I＝＝2.0 A. (2)導(dǎo)體棒ab受到安培力F安＝BIL＝0.4 N 由于導(dǎo)體棒ab勻速運(yùn)動(dòng)，則有F＝F安 所以，作用在導(dǎo)體棒上的外力F＝0.4 N. (3)導(dǎo)體棒克服安培力的功率P安＝F安v＝2.0 W. 答案：(1)2.0 A　(2)0.4 N　(3)2.0 W 圖4－2－27 11.如圖4－2－27所示，空間中自下而上依次分布著垂直紙面向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、…n，相鄰兩個(gè)磁場(chǎng)的間距均為a＝1.2 m．一邊長(zhǎng)L＝0.2 m、質(zhì)量m＝0.5 kg、電阻R＝0.01 Ω的正方形導(dǎo)線框，與質(zhì)量M＝2 kg的物塊通過(guò)跨過(guò)兩光滑輕質(zhì)定滑輪的輕質(zhì)細(xì)線相連．線框的上邊距離磁場(chǎng)Ⅰ的下邊界為b＝1 m，物塊放在傾角θ＝53的斜面上，物塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.5，斜面足夠長(zhǎng)．將物塊由靜止釋放，線框在每個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域中均做勻速直線運(yùn)動(dòng)．已知重力加速度g＝10 m/s2，sin53＝0.8，cos53＝0.6，求： (1)線框進(jìn)入磁場(chǎng)Ⅰ時(shí)速度v1的大小； (2)磁場(chǎng)Ⅰ的磁感應(yīng)強(qiáng)度B1的大??； (3)磁場(chǎng)n的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bn與B1的函數(shù)關(guān)系． 解析：(1)線框從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)至剛進(jìn)入磁場(chǎng)Ⅰ時(shí)，以線框和物塊為研究對(duì)象，由動(dòng)能定理W＝(Mgsin53－μMgcos53)b－mgb＝(m＋M)v　① 解得v1＝2 m/s (2)線框在磁場(chǎng)Ⅰ中勻速運(yùn)動(dòng)，由法拉第電磁感應(yīng)定律 E1＝B1Lv1　② 由歐姆定律I1＝?、? 線框受到安培力F1＝B1I1L　④ 設(shè)細(xì)線拉力為FT，以線框?yàn)檠芯繉?duì)象 FT＝mg＋F1?、? 以物塊為研究對(duì)象FT＝Mgsin53－μMgcos53　⑥ 聯(lián)立②③④⑤⑥解得B1＝ T (3)線框在相鄰兩個(gè)磁場(chǎng)之間加速的距離均為a－L＝b，故線框由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)至剛進(jìn)入第n個(gè)磁場(chǎng)時(shí)，由動(dòng)能定理nW＝(m＋M)v?、? 聯(lián)立①⑦解得vn＝v1?、? 又由②③④解得F1＝?、? 線框在第n個(gè)磁場(chǎng)中受到的安培力Fn＝?、? 線框在每個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域中均做勻速直線運(yùn)動(dòng)，受到的安培力均相等 Fn＝F1　? 聯(lián)立⑧⑨⑩?解得Bn＝. 答案：(1)2 m/s　(2) T　(3)Bn＝ 12．(xx西城期末)如圖4－2－28所示，兩根足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ相距為L(zhǎng)，導(dǎo)軌平面與水平面夾角為α，金屬棒ab垂直于MN、PQ放置在導(dǎo)軌上，且始終與導(dǎo)軌接觸良好，金屬棒的質(zhì)量為m.導(dǎo)軌處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的方向垂直于導(dǎo)軌平面斜向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.金屬導(dǎo)軌的上端與開(kāi)關(guān)S、定值電阻R1和電阻箱R2相連．不計(jì)一切摩擦，不計(jì)導(dǎo)軌、金屬棒的電阻，重力加速度為g.現(xiàn)在閉合開(kāi)關(guān)S，將金屬棒由靜止釋放． 圖4－2－28 (1)判斷金屬棒ab中電流的方向； (2)若電阻箱R2接入電路的阻值為0，當(dāng)金屬棒下降高度為h時(shí)，速度為v，求此過(guò)程中定值電阻上產(chǎn)生的焦耳熱Q； 圖4－2－29 (3)當(dāng)B＝0.40 T，L＝0.50 m，α＝37時(shí)，金屬棒能達(dá)到的最大速度vm隨電阻箱R2阻值的變化關(guān)系如圖4－2－29所示．取g＝10 m/s2，sin37＝0.60，cos37＝0.80.求阻值R1和金屬棒的質(zhì)量m. 解析：(1)由右手定則可知，金屬棒ab中的電流方向?yàn)閎到a. (2)由能量守恒定律可知，金屬棒減小的重力勢(shì)能等于增加的動(dòng)能和電路中產(chǎn)生的焦耳熱mgh＝mv2＋Q 解得：Q＝mgh－mv2. (3)設(shè)最大速度為vm時(shí)，切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝BLvm 由閉合電路歐姆定律得：I＝ 從b端向a端看，金屬棒受力如圖4－2－30所示： 圖4－2－30 金屬棒達(dá)到最大速度時(shí)滿足 mgsinα－BIL＝0 由以上三式得最大速度： vm＝R2＋R1 圖象斜率k＝ m/(sΩ)＝15 m/(sΩ)，縱截距b＝30 m/s 則：R1＝b, ＝k 解得：R1＝2.0 Ω，m＝0.1 kg. 答案：(1)從b到a　(2)mgh－mv2 (3)2.0 Ω　0.1 kg