2019高考物理课时作业（十一）（含解析） 12页

课时作业(十一)一、选择题(共10个小题，3、6、8为多选，其余为单选，每题5分共50分)1．(2016·海南)如图，一圆形金属环与两固定的平行长直导线在同一竖直平面内，环的圆心与两导线距离相等，环的直径小于两导线间距．两导线中通有大小相等、方向向下的恒定电流．若(　　)A．金属环向上运动，则环上的感应电流方向为顺时针方向B．金属环向下运动，则环上的感应电流方向为顺时针方向C．金属环向左侧直导线靠近，则环上的感应电流方向为逆时针方向D．金属环向右侧直导线靠近，则环上的感应电流方向为逆时针方向答案　D解析　根据楞次定律，当金属圆环上、下移动时，穿过圆环的磁通量不发生变化，故没有感应电流产生，故A、B两项错误；当金属圆环向左移动时，则穿过圆环的磁场垂直纸面向外并且增强，故根据楞次定律可以知道，产生的感应电流为顺时针，故C项错误；当金属圆环向右移动时，则穿过圆环的磁场垂直纸面向里并且增强，故根据楞次定律可以知道，产生的感应电流为逆时针，故D项正确．2．(2018·安徽师大附中)如图甲所示，矩形线圈abcd固定于方向相反的两个磁场中，两磁场的分界线OO′恰好把线圈分成对称的左右两部分，两磁场的磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示，规定磁场垂直纸面向内为正，线圈中感应电流逆时针方向为正．则线圈感应电流随时间的变化图像为(　　)答案　A解析　当垂直纸面向里的磁通量在增大时，垂直纸面向外的磁通量在减小，故总磁通量变化为垂直纸面向里增大，根据楞次定律，可知感应电流方向为正，B、D项错误；由E＝＝nS可知，电路中电流大小恒定不变，故A项正确．3．(2018·西宁二模)(多选)如图甲所示，正方形金属线圈abcd位于竖直平面内，其质量为m，电阻为R.在线圈的下方有一匀强磁场，MN和M′N′是磁场的水平边界，并与bc边平行，磁场方向垂直于纸面向里．现使金属线框从MN上方某一高度处由静止开始下落，图乙是线圈由开始下落到完全穿过匀强磁场区域瞬间的vt图像，图中字母均为已知量．重力加速度为g，不计空气阻力．下列说法正确的是(　　)A．金属线框刚进入磁场时感应电流方向沿adcba方向B．金属线框的边长为v1(t2－t1)C．磁场的磁感应强度为D．金属线框在0～t4的时间内所产生的热量为2mgv1(t2－t1)＋m(v32－v22)答案　BD解析　A项，金属线框刚进入磁场时磁通量增大，根据楞次定律判断可知，感应电流方向沿abcda方向；故A项错误；B项，由图像可知，金属框进入磁场过程中是做匀速直线运动，速度为v1，运动时间为t2－t1，故金属框的边长l＝v1(t2－t1)；故B项正确；C项，在金属框进入磁场的过程中，金属框所受安培力等于重力，则得：mg＝BIl，I＝，又l＝v1(t2－t1)．联立解得：B＝，故C项错误；D项，t1到t2时间内，根据能量守恒定律，产生的热量为：Q1＝mgl＝mgv1(t2－t1)；t3到t4时间内，根据能量守恒定律，产生的热量为：Q2＝mgl＋m(v32－v22)＝mgv1(t2－t1)＋m(v32－v22)，故Q＝Q1＋Q2＝2mgυ1(t2－t1)＋m(v32－v22)，故D项正确；故选：B、D两项．4.如图所示，在水平面(纸面)内有三根相同的均匀金属棒ab、ac和MN，其中ab、ac在a点接触，构成“V”字形导轨．空间存在垂直于纸面的均匀磁场．用力使MN向右匀速运动，n从a位置开始计时，运动中MN始终与∠bac的平分线垂直且和导轨保持良好接触．下列关于回路中电流i与时间t的关系图线，可能正确的是(　　)答案　A解析　设∠bac＝2θ，单位长度电阻为R0，则MN切割产生电动势E＝BLv＝Bv·2vt×tanθ＝2Bv2ttanθ，回路总电阻为R＝(2vttanθ＋)R0＝vtR0(2tanθ＋)，由闭合电路欧姆定律，得I＝＝＝，i与时间无关，是一定值，故A项正确，B、C、D三项错误．5.(2018·浙江协作校期中联考)如图甲所示，在同一平面内有两个相互绝缘的金属圆环A、B，圆环A平分圆环B为面积相等的两部分，当圆环A中的电流如图乙所示变化时，甲图中A环所示的电流方向为正，下列说法正确的是(　　)A．B中始终没有感应电流B．B中有顺时针的感应电流C．B中有逆时针的感应电流D．B中先有顺时针的感应电流，后有逆时针的感应电流答案　B解析　由安培定则可知，初始时环A产生的磁场分布情况是：环内垂直纸面向里，环外垂直纸面向外，由于内部的磁场大于外部的磁场，由矢量的叠加原理可知B环总磁通量n向里；当圆环A中的电流逐步减小时，导致B环产生感应电流，根据楞次定律可知，感应电流的方向为顺时针．同理当圆环A中电流反向增大时，环B中感应电流的方向仍为顺时针，故B项正确，A、C、D三项错误．6.(2017·海南)如图，空间中存在一匀强磁场区域，磁场方向与竖直面(纸面)垂直，磁场的上、下边界(虚线)均为水平面；纸面内磁场上方有一个正方形导线框abcd，其上、下两边均与磁场边界平行，边长小于磁场上、下边界的间距．若线框自由下落，从ab边进入磁场时开始，直至ab边到达磁场下边界为止，线框下落的速度大小可能(　　)A．始终减小　　　B．始终不变C．始终增加D．先减小后增加答案　CD解析　A项，导线框开始做自由落体运动，ab边以一定的速度进入磁场，ab边切割磁感线产生感应电流，根据左手定则可知ab边受到向上的安培力，当安培力大于重力时，线框做减速运动，当线框完全进入磁场后，线框不产生感应电流，此时只受重力，做加速运动，故先减速后加速运动，故A项错误、D项正确；B项，当ab边进入磁场后安培力等于重力时，线框做匀速运动，当线框完全进入磁场后，线框不产生感应电流，此时只受重力，做加速运动，故先匀速后加速运动，故B项错误；C项，当ab边进入磁场后安培力小于重力时，线框做加速运动，当线框完全进入磁场后，线框不产生感应电流，此时只受重力，做匀加速运动，故C项正确；故选C、D两项．7.(2018·南昌模拟)如图所示，由均匀导线制成的半径为R的圆环，以速度v匀速进入一磁感应强度大小为B的匀强磁场．当圆环运动到图示位置(∠aOb＝90°)时，a、b两点的电势差为(　　)A.BRvB.BRvC.BRvD.BRv答案　D解析　当圆环运动到图示位置，圆环切割磁感线的有效长度为R；线框刚进入磁场时ab边产生的感应电动势为：E＝BRv；线框进入磁场的过程中a、b两点的电势差由欧姆定律得Uab＝E－I·rab＝BRv－·＝BRv；故选D项．8.(2016·课标全国Ⅲ)如图，M为半圆形导线框，圆心为OM；N是圆心角为直角的扇形导线框，圆心为ON；两n导线框在同一竖直面(纸面)内；两圆弧半径相等；过直线OMON的水平面上方有一匀强磁场，磁场方向垂直于纸面．现使线框M、N在t＝0时从图示位置开始，分别绕垂直于纸面、且过OM和ON的轴，以相同的周期T逆时针匀速转动，则(　　)A．两导线框中均会产生正弦交流电B．两导线框中感应电流的周期都等于TC．在t＝时，两导线框中产生的感应电动势相等D．两导线框的电阻相等时，两导线框中感应电流的有效值也相等答案　BC解析　当线圈进入磁场时，根据楞次定律可得，两线框中的感应电流方向为逆时针，根据E＝BRv＝BR(ωR)＝BR2ω可得过程中产生的感应电动势恒定，即电流恒定，不是正弦式交流电，A项错误；当线圈进入磁场时，根据楞次定律可得，两线框中的感应电流方向为逆时针，当线框穿出磁场时，根据楞次定律可得线框中产生感应电流为顺时针，所以感应电流的周期和其运动周期相等，为T，B项正确；根据E＝BR2ω可得线框在运动过程中的感应电动势相等，C项正确；线圈N在完全进入磁场后有时间内线圈的磁通量不变化，过程中没有感应电动势产生，即线圈N在0～和～T内有感应电动势，其余时间内没有，而线圈M在整个过程中都有感应电动势，故即便电阻相等，两者的电流有效值不会相同，D项错误．9.(2018·资阳模拟)用一根横截面积为S、电阻率为ρ的硬质导线做成一个半径为r的圆环，ab为圆环的一条直径．如图所示，在ab的左侧存在一个均匀变化的匀强磁场，磁场垂直圆环所在的平面，方向如图，磁感应强度大小随时间的变化率＝k(k<0)，则(　　)A．圆环具有收缩的趋势B．圆环中产生的感应电流为逆时针方向C．圆环中a、b两点的电压Uab＝|kπr2|D．圆环中产生的感应电流大小为－答案　C解析　A项，由楞次定律的“增缩减扩”可知，为了阻碍磁通量的减小，n线圈有扩张的趋势；故A项错误；B项，磁通量向里减小，由楞次定律“增反减同”可知，线圈中的感应电流方向为顺时针，故B项错误；C项，根据法拉第电磁感应定律，有E＝·πr2＝|kπr2|，由闭合电路欧姆定律可知，a、b两点间的电势差为Uab＝＝|kπr2|，故C项正确；D项，由法拉第电磁感应定律可知，E＝||·πr2＝|kπr2|，线圈电阻R＝ρ，感应电流I＝||＝－，故D项错误；故选C项．10.(2018·南昌模拟)宽度均为d且足够长的两相邻条形区域内，各存在磁感应强度大小均为B，方向相反的匀强磁场；电阻为R，边长为d的等边三角形金属框的AB边与磁场边界平行，金属框从图示位置以垂直于AB边向右的方向做匀速直线运动，取逆时针方向电流为正，从金属框C端刚进入磁场开始计时，框中产生的感应电流随时间变化的图像是(　　)答案　An解析　三角形线圈的高为2d，则在开始运动的0～d过程中，感应电流增大，I1m＝＝，方向为逆时针方向，在d～2d时，设某时刻线圈进入右侧区域的距离为x，则线圈切割磁感线的有效长度为L＝(d－x)，则感应电流I2＝＝，方向为逆时针方向，当x＝d时，I＝0，当线圈的C点出离右边界x时，等效长度L′＝－(d－x)＋d＝(2d＋x)，感应电流I3＝＝，方向顺时针方向，当x＝0时，I3＝2，当x＝d时，I3＝3，当C点出离右边界d～2d时，等效长度L″＝d－(2d－x)＝x，感应电流I4＝＝，方向逆时针方向，当x＝d时，I4＝，当x＝2d时，I4＝2，故A项正确，B、C、D三项错误．二、计算题(共4个小题，11题10分，12题12分，13题14分，14题14分，共50分)11.(2016·课标全国Ⅱ)如图，水平面(纸面)内间距为l的平行金属导轨间接一电阻，质量为m、长度为l的金属杆置于导轨上，t＝0时，金属杆在水平向右、大小为F的恒定拉力作用下由静止开始运动，t0时刻，金属杆进入磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域，且在磁场中恰好能保持匀速运动．杆与导轨的电阻均忽略不计，两者始终保持垂直且接触良好，两者之间的动摩擦因数为μ.重力加速度大小为g.求：n(1)金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小；(2)电阻的阻值．答案　(1)Blt0(－μg)　(2)解析　(1)设金属杆进入磁场前的加速度大小为a，由牛顿第二定律得ma＝F－μmg①设金属杆到达磁场左边界时的速度为v，由运动学公式有v＝at0②当金属杆以速度v在磁场中运动时，由法拉第电磁感应定律，杆中的电动势为E＝Blv③联立①②③式可得E＝Blt0(－μg)④(2)设金属杆在磁场区域中匀速运动时，金属杆的电流为I，根据欧姆定律I＝⑤式中R为电阻的阻值．金属杆所受的安培力为f＝BIl⑥因金属杆做匀速运动，由牛顿运动定律得F－μmg－f＝0⑦联立④⑤⑥⑦式得R＝⑧12．(2018·广安模拟)如图，两根形状相同、足够长的光滑金属导轨固定，相互平行，间距为L，两连接点a、b连线垂直于所有导轨，左底端接有阻值为R的电阻，倾斜导轨所在平面与水平面夹角为θ，平面内有磁感应强度为B1、方向垂直于平面向上的匀强磁场；水平导轨在同一水平面，所在区域有磁感应强度为B2、方向竖直向上的匀强磁场．阻值为R、质量为m的相同导体杆A、B，A在倾斜导轨上，B在水平导轨上，都垂直于导轨．开始时，A以初速度v0开始沿倾斜导轨向上滑行，B在外力作用下保持静止；A上滑通过n距离x到达最高点时(此时A仍在倾斜导轨上)，B瞬间获得一个水平初速度并在外力作用下以此速度做匀速直线运动(B始终在水平导轨上并保持与导轨垂直)，A恰能静止在倾斜导轨上．求：(1)在A上滑的过程中，电阻R上产生的热量；(2)B做匀速运动时速度的方向、大小；(3)使B做匀速运动的外力的功率．答案　(1)在A上滑的过程中，电阻R上产生的热量为(2)B做匀速运动时速度的方向向右、大小为(3)使B做匀速运动的外力的功率解析　(1)当A上滑到最高点时，速度减为零，设电路中产生的总热量为Q总，根据能量守恒定律，可得mv02＝mgxsinθ＋Q总，由于B与R并联后再与A串联，设电阻R上产生的热量为Q，则Q＝Q总，解得Q＝；(2)要使A静止在倾斜导轨上，受到的安培力沿倾斜导轨向上，根据右手定则、左手定则知，B做匀速运动速度的方向向右；设B杆匀速运动的速度大小为v，其中的感应电动势为E，流过A杆的电流为I1，流过B杆的电流为I2，则E＝B2Lv；I2＝＝，I2＝2I1，mgsinθ＝B1I1L，解得v＝；(3)设使B做匀速运动的外力大小为F，做功功率为P，则：F＝B2I2L，P＝Fv，解得P＝.13．(2018·惠州三模)如图甲所示，用粗细均匀的导线制成的一只单匝圆形金属圈，现被一根绝缘丝线悬挂在竖直平面内处于静止状态，已知金属圈的质量为m＝0.1kg，半径为r＝0.1m，导线单位长度的阻值为ρ＝0.1Ω/m.金属圈的上半部分处在一方向垂直圈面向里的有界匀强磁场中，n磁感应强度B随时间t的变化关系如图乙所示．金属圈下半部分在磁场外．已知从t＝0时刻起，测得经过10s丝线刚好被拉断．重力加速度g取10m/s2.求：(1)金属圈中感应电流的大小及方向；(2)丝线所能承受的最大拉力F；(3)在丝线断前的10s时间内金属圈中产生的焦耳热Q.答案　(1)金属圈中感应电流的大小0.2A及逆时针方向(2)丝线所能承受的最大拉力1.32N(3)在丝线断前的10s时间内金属圈中产生的焦耳热0.025J解析　(1)由楞次定律可知，金属圈中电流方向为逆时针方向由图乙知，＝T/s＝0.8T/s金属圈的电阻为R＝2πrρ圈中感应电流I＝＝·＝·＝0.8×A＝0.2A(2)10秒末磁感应强度B＝·t＝0.8×10T＝8T金属圈受到的安培力F安＝BI·2r细线的拉力：F＝F安＋mg＝BI·2r＋mg当t＝10s时，代入数据得F＝1.32N(3)金属圈内产生的焦耳热：Q＝I2Rt代入数据得：Q＝0.025J14．(2017·山东济宁模拟)如图甲所示，弯折成90°角的两根足够长金属导轨平行放置，形成左右两导轨平面，左导轨平面与水平面成53°角，右导轨平面与水平面成37°角，两导轨相距L＝0.2m，导轨电阻不计．质量均为m＝0.1kg的金属杆ab、cd与导轨垂直接触形成闭合回路．其中金属杆ab的电阻R＝0.2Ω，金属杆cd的电阻忽略不计，两金属杆与导轨间的动摩擦因数均为μ＝0.5，整个装置处于磁感应强度大小B＝1.0T，方向平行于左导轨平面且垂直右导轨平面向上的匀强磁场中．t＝0时刻开始，对ab杆施加一垂直ab杆且平行右导轨平面向下的力F，使ab杆以初速度v1沿右导轨平面匀速下滑．t＝1s后，使ab做匀加速直线运动，t＝2s后，又使ab杆沿导轨平面匀速下滑．整个过程中cd杆运动的vt图像如图乙所示(其中第1s、第3sn内图线为直线)．两杆下滑过程均保持与导轨垂直且接触良好，取g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.求：(1)在第1秒内cd杆受到的安培力的大小；(2)ab杆的初速度v1及第2s末的速度v2；(3)若第2s内力F所做的功为9J，求第2s内ab杆所产生的焦耳热．答案　(1)在第1秒内cd杆受到的安培力的大小为0.2N(2)ab杆的初速度v1为1m/s，第2s末速度v2＝8m/s(3)若第2s内力F所做的功为9J，第2s内ab杆所产生的焦耳热为7J解析　(1)对cd杆，0～1s内，由vt图像得：a1＝＝3m/s2，由牛顿第二定律得mgsin53°－μ(mgcos53°＋F安)＝ma1.解得F安＝0.4N.(2)对ab杆，感应电动势E＝BLv1，电流I＝，cd杆的安培力F安＝BIL，解得v1＝2m/s，由题意得第3s内cd的加速度a2＝－3m/s2，对cd杆，由牛顿第二定律得mgsin53°－μ(mgcos53°＋)＝ma2，解得v2＝8m/s.(3)由运动学知识得第2s内ab杆的位移x2＝t＝5m，由动能定理得WF＋WG＋Wf＋W安＝mv22－mv12，又WF＝9J，WG＝mgx2sin37°，Wf＝－μmgx2cos37°，－W安＝Qab，解得：Qab＝7J.n