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【金版教程】(全国通用)2022高考物理二轮复习 新题重组练专题四 电路和电磁感应11b
【金版教程】(全国通用)2022高考物理二轮复习 新题重组练专题四 电路和电磁感应11b
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【金版教程】(全国通用)2022高考物理二轮复习新题重组练专题 电路和电磁感应11bZ专题检测•素能提升一、选择题(本题共8小题,每小题8分,共64分,其中第5、8小题为多选题。)1.[2022·课标全国卷Ⅰ]在法拉第时代,下列验证“由磁产生电”设想的实验中,能观察到感应电流的是( )A.将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路,然后观察电流表的变化B.在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈,然后观察电流表的变化C.将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接。往线圈中插入条形磁铁后,再到相邻房间去观察电流表的变化D.绕在同一铁环上的两个线圈,分别接电源和电流表,在给线圈通电或断电的瞬间,观察电流表的变化[解析] 将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路,因线圈中的磁通量没有变化,故不能观察到感应电流,选项A不符合题意;在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈时,如果通电线圈通以恒定电流,产生不变的磁场,则在另一线圈中不会产生感应电流,选项B不符合题意;在线圈中插入条形磁铁后,再到相邻房间去观察电流表时,磁通量已不再变化,因此也不能观察到感应电流,选项C不符合题意;绕在同一铁环上的两个线圈,在给一个线圈通电或断电的瞬间,线圈产生的磁场变化,使穿过另一线圈的磁通量变化,因此,能观察到感应电流,选项D符合题意。[答案] D2.[2022·大纲全国卷]很多相同的绝缘铜圆环沿竖直方向叠放,形成一很长的竖直圆筒。一条形磁铁沿圆筒的中心轴竖直放置,其下端与圆筒上端开口平齐。让条形磁铁从静止开始下落。条形磁铁在圆筒中的运动速率( )A.均匀增大B.先增大,后减小C.逐渐增大,趋于不变D.先增大,再减小,最后不变[解析] 对磁铁受力分析可知,磁铁重力不变,磁场力随速率的增大而增大,当重力等于磁场力时,磁铁匀速下落,所以选C。[答案] C3.[2022·江苏高考]如图所示,一正方形线圈的匝数为n,边长为a,线圈平面与匀强磁场垂直,且一半处在磁场中,在Δt时间内,磁感应强度的方向不变,大小由B均匀地增大到2B。在此过程中,线圈中产生的感应电动势为( )9\nA. B.C.D.[解析] 由法拉第电磁感应定律知线圈中产生的感应电动势E=n=n·S=n·,得E=,选项B正确。[答案] B4.[2022·湖北八校二联]如图所示,两个垂直于纸面的匀强磁场方向相反,磁感应强度的大小均为B,磁场区域的宽度均为a。高度为a的正三角形导线框ABC从图示位置沿x轴正方向匀速穿过两磁场区域,以逆时针方向为电流的正方向,在下列图形中能正确描述感应电流I与线框移动距离x关系的是( )[解析] 正三角形线框ABC刚进入向里的磁场时,利用右手定则知,感应电流沿逆时针方向为正,大小I0=,之后线框随进入磁场距离的增大,有效切割长度变小,则I=9\n变小;当线框ABC前进a距离,在刚进入向外的磁场区域瞬间,此时ABC线框中感应电流方向沿顺时针为负,大小为I′==2I0,则B正确。[答案] B5.[2022·湖北武汉模拟]如图,两根相距l=0.4m、电阻不计的光滑金属导轨在同一水平面内平行放置,两导轨左端与阻值R=0.15Ω的电阻相连。导轨x>0的一侧存在沿+x方向均匀增大的稳恒磁场,其方向与导轨平面垂直(竖直向下),磁感应强度B=0.5+0.5x(T)。一根质量m=0.1kg、电阻r=0.05Ω的金属棒置于导轨上,并与导轨垂直。棒在水平外力作用下从x=0处沿导轨向右做直线运动,运动过程中回路电流恒为2A。以下判断正确的是( )A.金属棒在x=3m处的速度为0.5m/sB.金属棒在x=3m处的速度为0.75m/sC.金属棒从x=0运动到x=3m过程中克服安培力做的功为1.6JD.金属棒从x=0运动到x=3m过程中克服安培力做的功为3.0J[解析] 在x=3m处,磁感应强度为B=2T,因为回路中电流恒为2A,由闭合电路欧姆定律可知,回路中的感应电动势为0.4V,由E=Blv可得,此时金属棒的速度v=0.5m/s,所以选项A正确,B错误;由安培力公式可知,F安=BIl=Il(0.5+0.5x),随着x变化呈现线性变化关系,因此可用平均作用力来求做功,可得安培力做功为3J,所以选项C错误,D正确;因此答案选A、D。[答案] AD6.[2022·兰州、张掖联考]如图所示,间距为L、电阻不计的足够长的平行光滑金属导轨水平放置,导轨左端用一阻值为R的电阻连接,导轨上横跨一根质量为m、电阻也为R的金属棒,金属棒与导轨接触良好。整个装置处于竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中。现使金属棒以初速度v沿导轨向右运动,若金属棒在整个运动过程中通过金属棒某横截面的电荷量为q。下列说法正确的是( )A.金属棒在导轨上做匀减速运动B.整个过程中金属棒在导轨上发生的位移为C.整个过程中金属棒克服安培力做的功为mv2D.整个过程中电阻R上产生的焦耳热为mv29\n[解析] 本题考查导体棒切割磁感线时产生的感应电动势、闭合电路欧姆定律、电磁感应中的能量转化等知识点,意在考查考生的逻辑推理能力。金属棒切割磁感线产生感应电动势,产生感应电流,金属棒受到向左的安培力,做减速运动,由于速度减小,电动势减小,则电流减小,安培力减小,根据牛顿第二定律知,加速度减小,金属棒做加速度逐渐减小的减速运动,选项A错误;根据q==,可得金属棒在导轨上发生的位移s=,选项B错误;根据动能定理得,W安=0-mv2,则金属棒克服安培力做的功为mv2,选项C正确;根据能量守恒得,减少的动能全部转化为整个回路产生的热量,则电阻R产生的热量QR=mv2,选项D错误。[答案] C7.如图所示,间距为3R的MN和PQ间有垂直于纸面向里的匀强磁场B,粗细均匀的电阻丝围成ABCD这个不规则形状的金属线框,其左侧是半径为R的半圆,右侧是直角边为2R的等腰直角三角形,金属线框全部位于磁场外,在外力F的作用下使线框以水平方向的速度v匀速通过磁场区域。从A点刚开始进入磁场的左边界为计时起点,若规定逆时针的感应电流方向为正方向,感应电流所受安培力向左为正方向,则下列描述金属线框运动过程中的外力F和感应电流I随位移x的变化图线中可能正确的有( )9\n[解析] 当金属框的直角边进入磁场时进入的部分切割磁感线,产生逆时针的感应电流I=,此时间段内它受向左的安培力F=BIx=;因为安培力方向一直向左,所以C、D错;比较A、B两个选项,因为金属框在整个穿过磁场过程中,方向要发生改变,排除B,只有A正确。[答案] A8.如图所示:在倾角为θ的光滑斜面上,相距均为d的三条水平虚线l1、l2、l3,它们之间的区域Ⅰ、Ⅱ分别存在垂直斜面向下和垂直斜面向上的匀强磁场,磁感应强度大小均为B,一个质量为m、边长为d、总电阻为R的正方形导线框,从l1上方一定高处由静止开始沿斜面下滑,当ab边刚越过l1进入磁场Ⅰ时,恰好以速度v1做匀速直线运动;当ab边在越过l2运动到l3之前的某个时刻,线框又开始以速度v2做匀速直线运动,重力加速度为g。在线框从释放到穿出磁场的过程中,下列说法正确的是( )9\nA.线框中感应电流的方向不变B.线框ab边从l1运动到l2所用时间大于从l2运动到l3所用时间C.线框以速度v2匀速直线运动时,发热功率为sin2θD.线框从ab边进入磁场到速度变为v2的过程中,减少的机械能ΔE机与重力做功WG的关系式是ΔE机=WG+mv-mv[解析] 根据右手定则,可判断A错。当线框进入区域Ⅱ后,两边都受安培力,做减速运动,故线框ab边从l1运动到l2所用时间小于从l2运动到l3所用时间,B错。根据P=I2R,mgsinθ=2BId,P=sin2θ,C对。线框从ab边进入磁场到速度变为v2的过程中,根据动能定理得W安+WG=mv-mv,而减少的机械能等于克服安培力做的功,即ΔE机=-W安=WG+mv-mv,D对。[答案] CD二、计算题(本题共2小题,共36分。需写出规范的解题步骤。)9.[2022·课标全国卷Ⅱ]半径分别为r和2r的同心圆形导轨固定在同一水平面内,一长为r、质量为m且质量分布均匀的直导体棒AB置于圆导轨上面。BA的延长线通过圆导轨中心O,装置的俯视图如图所示。整个装置位于一匀强磁场中,磁感应强度的大小为B,方向竖直向下。在内圆导轨的C点和外圆导轨的D点之间接有一阻值为R的电阻(图中未画出)。直导体棒在水平外力作用下以角速度ω绕O逆时针匀速转动,在转动过程中始终与导轨保持良好接触。设导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ,导体棒和导轨的电阻均可忽略。重力加速度大小为g。求:9\n(1)通过电阻R的感应电流的方向和大小;(2)外力的功率。[解析] (1)解法一:在Δt时间内,导体棒扫过的面积为ΔS=ωΔt[(2r)2-r2]①根据法拉第电磁感应定律,导体棒上感应电动势的大小为ε=②根据右手定则,感应电流的方向是从B端流向A端。因此,通过电阻R的感应电流的方向是从C端流向D端。由欧姆定律可知,通过电阻R的感应电流的大小I满足I=③联立①②③式得I=④解法二:ε=Br=Br=Br2ωI==由右手定则判得通过R的感应电流从C→D解法三:取Δt=Tε===Br2ωI==(2)解法一:在竖直方向有mg-2N=0⑤式中,由于质量分布均匀,内、外圆导轨对导体棒的正压力大小相等,其值为N。两导轨对运动的导体棒的滑动摩擦力均为f=μN⑥在Δt时间内,导体棒在内、外圆导轨上扫过的弧长分别为l1=rωΔt⑦9\n和l2=2rωΔt⑧克服摩擦力做的总功为Wf=f(l1+l2)⑨在Δt时间内,消耗在电阻R上的功为WR=I2RΔt⑩根据能量转化和守恒定律知,外力在Δt时间内做的功为W=Wf+WR⑪外力的功率为P=⑫由④至⑫式得P=μmgωr+⑬解法二:由能量守恒P=PR+Pf在竖直方向2N=mg,则N=mg,得f=μN=μmgPf=μmgωr+μmg·ω·2r=μmgωrPR=I2R=所以P=μmgωr+[答案] (1) 方向:由C端到D端(2)μmgωr+10.[2022·安徽高考]如图1所示,匀强磁场的磁感应强度B为0.5T,其方向垂直于倾角θ为30°的斜面向上。绝缘斜面上固定有“∧”形状的光滑金属导轨MPN(电阻忽略不计),MP和NP长度均为2.5m,MN连线水平,长为3m。以MN中点O为原点、OP为x轴建立一维坐标系Ox。一根粗细均匀的金属杆CD,长度d为3m、质量m为1kg、电阻R为0.3Ω,在拉力F的作用下,从MN处以恒定速度v=1m/s在导轨上沿x轴正向运动(金属杆与导轨接触良好)。g取10m/s2。(1)求金属杆CD运动过程中产生的感应电动势E及运动到x=0.8m处电势差UCD;9\n(2)推导金属杆CD从MN处运动到P点过程中拉力F与位置坐标x的关系式,并在图2中画出F-x关系图象;(3)求金属杆CD从MN处运动到P点的全过程产生的焦耳热。[解析] (1)金属杆CD在匀速运动中产生的感应电动势E=Blv(l=d),解得E=1.5V(D点电势高)当x=0.8m时,金属杆在导轨间的电势差为零。设此时杆在导轨外的长度为l外,则l外=d-d、OP=,得l外=1.2m由楞次定律判断D点电势高,故C、D两端电势差UCD=-Bl外v,即UCD=-0.6V(2)杆在导轨间的长度l与位置x关系是l=d=3-x对应的电阻Rl为Rl=R,电流I=杆受的安培力F安=BIl=7.5-3.75x根据平衡条件得F=F安+mgsinθF=12.5-3.75x(0≤x≤2)画出的F-x图象如图所示。(3)外力F所做的功WF等于F-x图线下所围的面积,即WF=×2J=17.5J而杆的重力势能增加量ΔEp=mgsinθ故全过程产生的焦耳热Q=WF-ΔEp=7.5J[答案] (1)E=1.5V UCD=-0.6V(2)F=12.5-3.75x(0≤x≤2) 图见解析(3)7.5J9
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高考 - 二轮专题
发布时间:2022-08-26 00:09:45
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