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【步步高】2022高考物理大一轮复习 专题 电磁感应的综合应用

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专题 电磁感应的综合应用图9-3-11.如图9-3-1所示,光滑平行金属导轨PP′和QQ′,都处于同一水平面内,P和Q之间连接一电阻R,整个装置处于竖直向下的匀强磁场中.现垂直于导轨放置一根导体棒MN,用一水平向右的力F拉动导体棒MN,以下关于导体棒MN中感应电流方向和它所受安培力的方向的说法正确的是(  ).A.感应电流方向是N―→MB.感应电流方向是M―→NC.安培力水平向左D.安培力水平向右解析 答案 AC图9-3-22.在下列四个情景中,虚线上方空间都存在方向垂直纸面向里的匀强磁场.A、B中的导线框为正方形,C、D中的导线框为直角扇形.各导线框均绕轴O在纸面内匀速转动,转动方向如箭头所示,转动周期均为T.从线框处于图示位置时开始计时,以在OP边上从P点指向O点的方向为感应电流i的正方向.则四个情景中,产生的感应电流i随时间t的变化规律符合图9-3-2所示的i-t图像的是(  ).解析 线框转动90°后开始进入磁场,由楞次定律结合右手定则可得,若线框顺时针转动进入磁场时产生的感应电流由O点指向P点为负值,线框逆时针转动进入磁场时产生的感应电流由P点指向O点为正值,所以B、D错误;线框若为正方形,进入磁场后的一段时间内切割磁感线的有效长度越来越大,产生的电动势不为定值,感应电流不恒定,A错误;线框若为扇形,进入磁场后转动90°的时间内切割的有效长度恒为半径,为定值,产生的电动势恒定,电流恒定,C正确.答案 C8\n图9-3-33.如图9-3-3所示,一由均匀电阻丝折成的正方形闭合线框abcd,置于磁感应强度方向垂直纸面向外的有界匀强磁场中,线框平面与磁场垂直,线框bc边与磁场左右边界平行.若将该线框以不同的速率从图示位置分别从磁场左、右边界匀速拉出直至全部离开磁场,在此过程中(  ).A.流过ab边的电流方向相反B.ab边所受安培力的大小相等C.线框中产生的焦耳热相等D.通过电阻丝某横截面的电荷量相等解析 线框离开磁场,磁通量减小,由楞次定律可知线框中的感应电流方向为a―→d―→c―→b―→a,故A错误;由法拉第电磁感应定律得E=BLv,I=,F=BIL=,v不同,F不同,故B错误;线框离开磁场的时间t=,产生的热量Q=I2Rt=,故C错误;通过导体横截面的电荷量q=It=,故D正确.答案 D4.如图9-3-4甲所示,abcd是位于竖直平面内的正方形闭合金属线框,在金属线框的下方有一磁感应强度为B的匀强磁场区域,MN和M′N′是匀强磁场区域的水平边界,并与线框的bc边平行,磁场方向与线框平面垂直.现金属线框由距MN的某一高度从静止开始下落,图9-3-4乙是金属线框由开始下落到完全穿过匀强磁场区域的v-t图像.已知金属线框的质量为m,电阻为R,当地的重力加速度为g,图像中坐标轴上所标出的字母v1、v2、v3、t1、t2、t3、t4均为已知量.(下落过程中bc边始终水平)根据题中所给条件,以下说法正确的是(  ).8\n图9-3-4A.可以求出金属框的边长B.线框穿出磁场时间(t4-t3)等于进入磁场时间(t2-t1)C.线框穿出磁场与进入磁场过程所受安培力方向相同D.线框穿出磁场与进入磁场过程产生的焦耳热相等解析 由线框运动的v-t图像,可知0~t1线框自由下落,t1~t2线框进入磁场,t2~t3线框在磁场中只受重力作用加速下降,t3~t4线框离开磁场.线框的边长l=v3(t4-t3)选项A正确;由于线框离开时的速度v3大于进入时的平均速度,因此线框穿出磁场时间小于进入磁场时间,选项B错;线框穿出磁场与进入磁场过程所受安培力方向都竖直向上,选项C正确;线框进入磁场mgl=Q1+mv22-mv12,线框离开磁场mgl=Q2,可见Q1<Q2,选项D错.答案 AC5.如图9-3-5甲所示,bacd为导体做成的框架,其平面与水平面成θ角,质量为m的导体棒PQ与ab、cd接触良好,回路的电阻为R,整个装置放于垂直框架平面的变化磁场中,磁感应强度B的变化情况如图9-3-5乙所示,PQ能够始终保持静止,则0~t2时间内,PQ受到的安培力F和摩擦力f随时间变化的图像可能正确的是(取平行斜面向上为正方向)图9-3-5解析 在0~t2内,磁场随时间均匀变化,故回路中产生的感应电流大小方向均恒定,所以PQ受到的安培力F=BIL∝B,方向先沿斜面向上,t1时刻之后方向变为沿斜面向下,8\n故A项正确,B项错;静摩擦力f=mgsinθ-BIL,若t=0时刻,mgsinθ>BIL,则f刚开始时沿斜面向上,若t=0时刻,mgsinθ<BIL,则f刚开始时沿斜面向下,C、D都有可能正确(极限思维法).答案 ACD6.如图9-3-6甲,在虚线所示的区域有垂直纸面向里的匀强磁场,磁场变化规律如图9-3-6乙所示,面积为S的单匝金属线框处在磁场中,线框与电阻R相连.若金属框的电阻为,则下列说法正确的是(  ).图9-3-6A.流过电阻R的感应电流由a到bB.线框cd边受到的安培力方向向下C.感应电动势大小为D.ab间电压大小为解析 本题考查电磁感应及闭合电路相关知识.由乙图可以看出磁场随时间均匀增加,根据楞次定律及安培定则可知,感应电流方向由a→b,选项A正确;由于电流由c→d,根据左手定则可判断出cd边受到的安培力向下,选项B正确;回路中感应电动势应为E==.选项C错误;因为=,解得U=,选项D正确.答案 ABD图9-3-77.一个闭合回路由两部分组成,如图9-3-7所示,右侧是电阻为r的圆形导线,置于竖直方向均匀变化的磁场B1中;左侧是光滑的倾角为θ的平行导轨,宽度为d,其电阻不计.磁感应强度为B2的匀强磁场垂直导轨平面向上,且只分布在左侧,一个质量为m、电阻为R的导体棒此时恰好能静止在导轨上,分析下述判断不正确的是(  ).8\nA.圆形线圈中的磁场,可以向上均匀增强,也可以向下均匀减弱B.导体棒ab受到的安培力大小为mgsinθC.回路中的感应电流为D.圆形导线中的电热功率为(r+R)解析 导体棒此时恰好能静止在导轨上,依据平衡条件知导体棒ab受到的安培力大小为mgsinθ,方向沿斜面向上,由左手定则判定电流方向为b→a,再由楞次定律判定A、B正确;回路中的感应电流为I==,C正确;由焦耳定律得圆形导线中的电热功率为Pr=r,D错(单杆倾斜式).答案 D8.如图9-3-8所示,abcd是一个质量为m,边长为L的正方形金属线框.如从图示位置自由下落,在下落h后进入磁感应强度为B的磁场,恰好做匀速直线运动,该磁场的宽度也为L.在这个磁场的正下方h+L处还有一个未知磁场,金属线框abcd在穿过这个磁场时也恰好做匀速直线运动,那么下列说法正确的是(  ).A.未知磁场的磁感应强度是2BB.未知磁场的磁感应强度是B图9-3-8C.线框在穿过这两个磁场的过程中产生的电能为4mgLD.线框在穿过这两个磁场的过程中产生的电能为2mgL解析 设线圈刚进入第一个磁场时速度大小为v1,那么mgh=mv12,v1=.设线圈刚进入第二个磁场时速度大小为v2,那么v22-v12=2gh,v2=v1.根据题意还可得到,mg=,mg=整理可得出Bx=B,A、B两项均错.穿过两个磁场时都做匀速运动,把减少的重力势能都转化为电能,所以在穿过这两个磁场的过程中产生的电能为4mgL,C项正确、D项错.答案 C9.如图9-3-9所示,间距l=0.3m的平行金属导轨a1b1c1和a2b2c2分别固定在两个竖直面内.在水平面a1b1b2a2区域内和倾角θ=37°的斜面c1b1b2c2区域内分别有磁感应强度B1=0.4T,方向竖直向上和B2=1T、方向垂直于斜面向上的匀强磁场.电阻R=0.38\nΩ、质量m1=0.1kg、长为l的相同导体杆K、S、Q分别放置在导轨上,S杆的两端固定在b1、b2点,K、Q杆可沿导轨无摩擦滑动且始终接触良好.一端系于K杆中点的轻绳平行于导轨绕过轻质定滑轮自然下垂,绳上穿有质量m2=0.05kg的小环.已知小环以a=6m/s2的加速度沿绳下滑,K杆保持静止,Q杆在垂直于杆且沿斜面向下的拉力F作用下匀速运动.不计导轨电阻和滑轮摩擦,绳不可伸长.取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求图9-3-9(1)小环所受摩擦力的大小;(2)Q杆所受拉力的瞬时功率.解析 (1)以小环为研究对象,在环沿绳下滑过程中,受重力m2g和绳向上的摩擦力f,由牛顿第二定律知m2g-f=m2a.代入数据解得f=m2(g-a)=0.05×(10-6)N=0.2N.(2)根据牛顿第二定律知,小环下滑过程中对绳的反作用力大小f′=f=0.2N,所以绳上的张力FT=0.2N.设导体棒K中的电流为IK,则它所受安培力FK=B1IKl,对导体棒K,由平衡条件知FT=FK,所以电流IK=A.因为导体棒Q运动切割磁感线而产生电动势,相当于电源.等效电路如图所示,因K、S、Q相同,所以导体棒Q中的电流IQ=2IK=A设导体棒Q运动的速度大小为v,则E=B2lv由闭合电路的欧姆定律知IQ=解得v=5m/s导体棒Q沿导轨向下匀速下滑过程中,受安培力FQ=B2IQl由平衡条件知F+m1gsin37°=FQ代入数据解得F=0.4N所以Q杆所受拉力的瞬时功率8\nP=F·v=0.4×5W=2W(程序思维法).答案 (1)0.2N (2)2W10.相距L=1.5m的足够长金属导轨竖直放置,质量为m1=1kg的金属棒ab和质量为m2=0.27kg的金属棒cd均通过棒两端的套环水平地套在金属导轨上,如图9-3-10(a)所示,虚线上方磁场方向垂直纸面向里,虚线下方磁场方向竖直向下,两处磁场磁感应强度大小相同.ab棒光滑,cd棒与导轨间的动摩擦因数为μ=0.75,两棒总电阻为1.8Ω,导轨电阻不计.ab棒在方向竖直向上,大小按图9-3-10(b)所示规律变化的外力F作用下,从静止开始,沿导轨匀加速运动,同时cd棒也由静止释放.图9-3-10(1)求出磁感应强度B的大小和ab棒加速度的大小;(2)已知在2s内外力F做功40J,求这一过程中两金属棒产生的总焦耳热.解析 (1)经过时间t,金属棒ab的速率v=at此时,回路中的感应电流为I==对金属棒ab,由牛顿第二定律得F-BIL-m1g=m1a由以上各式整理得:F=m1a+m1g+at在图线上取两点:t1=0,F1=11N;t2=2s,F2=14.6N代入上式得a=1m/s2 B=1.2T(2)在2s末金属棒ab的速率vt=at=2m/s所发生的位移s=at2=2m由动能定理得WF-m1gs-W安=m1vt28\n又Q=W安,联立以上方程,解得Q=WF-m1gs-m1vt2=(40-1×10×2-×1×22)J=18J答案 (1)1.2T 1m/s2 (2)18J8

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发布时间:2022-08-26 00:18:42 页数:8
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文章作者:U-336598

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