【物理】2020届一轮复习人教版法拉第电磁感应定律的综合应用课时作业 9页

‎2020届一轮复习人教版 法拉第电磁感应定律的综合应用 课时作业 一、选择题 ‎1.‎ 在图中，EF、GH为平行的金属导轨，其电阻不计，R为电阻，C为电容器，AB为可在EF和GH上滑动的导体横杆。有匀强磁场垂直于导轨平面。若用I1和I2分别表示图中相应处导线中的电流，则当横杆AB(　　)‎ A．匀速滑动时，I1＝0，I2＝0‎ B．匀速滑动时，I1≠0，I2≠0‎ C．加速滑动时，I1＝0，I2＝0‎ D．加速滑动时，I1≠0，I2≠0‎ 答案　D 解析　导体杆水平运动时产生感应电动势，对整个电路，可把AB杆看做电源，等效电路如右图所示。当杆匀速滑动时，电动势E不变，故I1≠0，I2＝0。当杆加速运动时，电动势E不断变大，电容器不断充电，故I1≠0，I2≠0。‎ ‎2.‎ 如图所示，在匀强磁场中，MN、PQ是两条平行的金属导轨，而ab、cd为串接有电流表和电压表的两根金属棒，当两棒以相同速度向右运动时，下列说法中正确的是(　　)‎ A．电压表有读数，电流表有读数 B．电压表无读数，电流表无读数 C．电压表有读数，电流表无读数 D．电压表无读数，电流表有读数 答案　B 解析　两棒以相同的速度向右运动，回路abcd的磁通量保持不变，所以回路中没有感应电流，故两表均无读数。B正确。‎ ‎3.‎ ‎(多选)如图所示是圆盘发电机的示意图：铜盘安装在水平的铜轴上，两块铜片C、D分别与转动轴和铜盘的边缘接触。匀强磁场方向如图所示，若铜盘半径为L，匀强磁场的磁感应强度为B，回路的总电阻为R，从左往右看，铜盘以角速度ω沿顺时针方向匀速转动。则(　　)‎ A．由于穿过铜盘的磁通量不变，故回路中无感应电流 B．回路中感应电流大小不变，为 C．回路中感应电流方向不变，为C→D→R→C D．回路中有周期性变化的感应电流 答案　BC 解析　铜盘以角速度ω沿顺时针方向匀速转动时，铜盘切割磁感线产生感应电动势，回路中有感应电流，A错误；回路中感应电流I＝＝，由右手定则可判断出感应电流方向为C→D→R→C，B、C正确，D错误。‎ ‎4.‎ 如图所示，横截面面积为0.2 m2的100匝线圈处在匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，已知磁感应强度随时间变化的规律为B＝(2＋0.2t) T(t的单位为s)，定值电阻R1＝6 Ω，线圈电阻R2＝4 Ω，则a、b两点间电压U为(　　)‎ A．2.4 V B．0.024 V C．4 V D．1.6 V 答案　A 解析　线圈中感应电动势E＝n＝n·S＝4 V，感应电流I＝＝0.4 A，a、b两点间电压即路端电压，所以U＝IR1＝2.4 V，A正确。‎ ‎5．如图甲所示，光滑导轨水平放置在与水平方向夹角60°斜向下的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度B随时间的变化规律如图乙所示(规定斜向下为正方向)，导体棒ab垂直导轨放置，除电阻R的阻值外，其余电阻不计，导体棒ab在水平外力作用下始终处于静止状态。规定a→b的方向为电流的正方向，水平向右的方向为外力的正方向，则在0～t时间内，能正确反映流过导体棒ab的电流i和导体棒ab所受水平外力F随时间t变化的图象是(　　)‎ 答案　D 解析　由E＝＝sin60°＝sin60°可知，磁感应强度均匀变化，故感应电动势保持不变，则电路中电流不变，故A、B错误；由F＝BIL可知，电路中安培力随磁感应强度变化而变化，当B为负值时，安培力的方向向右，水平外力向左，故为负值；B为正值时，安培力的方向向左，水平外力向右，故为正值，故C错误，D正确。‎ ‎6.‎ 如图所示，两条水平平行光滑的金属轨道左端连接一个电阻R，有一导体杆在外力F的作用下由静止开始沿轨道向右做匀加速直线运动，匀强磁场方向竖直向下，轨道与导体杆的电阻不计并接触良好，则能反映外力F随时间t变化规律的图象是图中的(　　)‎ 答案　B 解析　导体杆受力如图所示，由牛顿第二定律得：F－BIl＝F－＝ma；F＝ma＋·t，所以B正确。‎ ‎7.‎ 如图所示，空间某区域中有一匀强磁场，磁感应强度方向水平，且垂直于纸面向里，磁场上边界b和下边界d水平。在竖直面内有一矩形金属线圈，线圈上下边的距离很短，下边水平。线圈从水平面a开始下落。已知磁场上、下边界之间的距离大于水平面a、b之间的距离。若线圈下边刚通过水平面b、c(位于磁场中)和d时，线圈所受到的磁场力的大小分别为Fb、Fc和Fd，则(　　)‎ A．Fd＞Fc＞Fb B．Fc＜Fd＜Fb C．Fc＞Fb＞Fd D．Fc＜Fb＜Fd 答案　D 解析　线圈从a到b做自由落体运动，在b处开始进入磁场切割磁感线，产生感应电流，受到安培力作用，由于线圈的上下边的距离很短，所以经历很短的变速运动而完全进入磁场，在c处线圈中磁通量不变不产生感应电流，不受安培力作用，但线圈在重力作用下依然加速，因为b、d面之间的距离大于a、b面之间的距离，线框上下边的距离很短，因此线圈在d处离开磁场时速度大于在b处开始进入磁场时的速度，故切割磁感线时产生的感应电流较b处时的大，故线圈在d处时所受安培力必然大于在b处时。综合分析可知，D正确。‎ ‎8.‎ 如图，足够长的U形光滑金属导轨平面与水平面成θ角(0°<θ<90°)，其中MN与PQ平行且间距为L，导轨平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，导轨电阻不计。金属棒ab由静止开始沿导轨下滑，并与两导轨始终保持垂直且良好接触，ab棒接入电路的电阻为R，当流过ab棒某一横截面的电量为q时，棒的速度大小为v，则金属棒ab在这一过程中(　　)‎ A．运动的平均速度大小为v B．下滑位移大小为 C．产生的焦耳热为qBLv D．受到的最大安培力大小为sinθ 答案　B 解析　ab棒切割磁感线产生感应电动势，大小为E＝BLv，则可得安培力F＝BIL＝＝；沿导轨方向受力分析得mgsinθ－＝ma，其中速度v随a变化，则ab棒加速度并非恒定，ab棒做变加速直线运动，其平均速度大小不等于v，故A错误；由q＝t＝t＝，所以ab位移大小x＝，故B正确；v为棒的瞬时速度，BLv为瞬时电动势，无法对应过程中产生的焦耳热，‎ 故C错误；当导体棒匀速运动时，所受安培力最大，即mgsinθ＝BIL＝，因此最大速度为v′＝，F最大＝mgsinθ，D错误。‎ 二、非选择题 ‎9.‎ 如图，两根相距l＝0.4 m、电阻不计的平行光滑金属导轨水平放置，一端与阻值R＝0.15 Ω的电阻相连。导轨x>0一侧存在沿x方向均匀增大的稳恒磁场，其方向与导轨平面垂直，变化率k＝0.5 T/m，x＝0处磁场的磁感应强度B0＝0.5 T。一根质量m＝0.1 kg、电阻r＝0.05 Ω的金属棒置于导轨上，并与导轨垂直。棒在外力作用下从x＝0处以初速度v0＝2 m/s沿导轨向右运动，运动过程中电阻上消耗的功率不变。求：‎ ‎(1)回路中的电流；‎ ‎(2)金属棒在x＝2 m处的速度；‎ ‎(3)金属棒从x＝0运动到x＝2 m过程中安培力做功的大小；‎ ‎(4)金属棒从x＝0运动到x＝2 m过程中外力的平均功率。‎ 答案　(1)2 A　(2) m/s　(3)1.6 J　(4)0.71 W 解析　(1)电路中电阻消耗的功率不变，即回路中的电流不变 I＝＝＝ A＝2 A。‎ ‎(2)B2＝B0＋kx＝(0.5＋0.5×2) T＝1.5 T 电流不变，即回路的感应电动势不变，即 B0lv0＝(B0＋kx)lvx vx＝ v2＝ m/s＝ m/s。‎ ‎(3)安培力F＝BIl＝(B0＋kx)Il＝(0.5＋0.5x)×2×0.4＝0.4＋0.4x 安培力做功W安＝x＝×2 J＝1.6 J。‎ ‎(4)由动能定理得W外－W安＝mv－mv，则 W外＝mv－mv＋W安＝×0.1×2－×0.1×22＋1.6 J≈1.42 J 安培力的功率与回路的电功率相等，即：‎ P安＝I2(R＋r)＝22×(0.15＋0.05) W＝0.8 W 时间t＝＝ s＝2 s 外力的平均功率＝＝ W≈0.71 W。‎ ‎10．如图1所示，竖直面上有两电阻不计的光滑金属导轨平行固定放置，间距d为0.5 m，上端通过导线与阻值为2 Ω的电阻R连接，下端通过导线与阻值为4 Ω 的小灯泡L连接，在CDFE矩形区域内有水平向外的匀强磁场，磁感应强度B随时间的变化如图2所示，CE长为2 m。在t＝0时，电阻2 Ω的金属棒以某一初速度从AB位置紧贴导轨向下运动，当金属棒从AB位置运动到EF位置过程中，小灯泡的亮度没有发生变化，g取10 m/s2。求：‎ ‎(1)通过小灯泡的电流强度；‎ ‎(2)金属棒的质量；‎ ‎(3)t＝0.25 s时金属棒两端的电势差；‎ ‎(4)金属棒从AB位置运动到EF位置过程中，电阻R产生的焦耳热。‎ 答案　(1)0.4 A　(2)0.024 kg　(3)1.6 V　‎ ‎(4)0.144 J 解析　(1)金属棒未进入磁场时，‎ E1＝＝＝0.5×2× V＝2 V R总＝RL＋＝(4＋1) Ω＝5 Ω IL＝＝ A＝0.4 A。‎ ‎(2)因灯泡亮度不变，故0.2 s末金属棒进入磁场时刚好做匀速直线运动，‎ I＝IL＋IR＝IL＋＝0.4＋0.4× A＝1.2 A G＝FA＝BId＝0.4×1.2×0.5 N＝0.24 N 所以金属棒的质量：m＝＝0.024 kg。‎ ‎(3)金属棒在磁场中运动时电动势 E2＝IR＋＝1.2×2＋ V＝4 V v＝＝ m/s＝20 m/s 金属棒从CD位置运动到EF位置过程的时间为 t2＝＝ s＝0.1 s，‎ 在这段时间内U＝ILRL＝0.4×4 V＝1.6 V，所以t＝0.25 s时金属棒两端的电势差为1.6 V。‎ ‎(4)设金属棒从开始运动到进入磁场前，通过金属棒中的电流为I1，由于电阻R与金属棒并联且阻值相等，故I1＝＝0.2 A，‎ 电阻R产生的焦耳热 Q1＝IRt＝0.22×2×0.2 J＝0.016 J 金属棒从CD位置运动到EF位置过程中，通过电阻R的电流I2＝IR＝＝0.8 A，‎ 则电阻R产生的焦耳热 Q2＝IRt＝0.82×2×0.1 J＝0.128 J 故金属棒从AB位置运动到EF位置过程中，电阻R产生的焦耳热Q＝Q1＋Q2‎ ‎＝0.144 J。‎