【物理】2020届一轮复习人教版电磁感应综合问题作业 10页

电磁感应综合问题 一．选择题 ‎1.（2019全国考试大纲调研卷3）如图a所示在光滑水平面上用恒力F拉质量为m的单匝均匀正方形铜线框，边长为a，在1位置以速度v0进入磁感应强度为B的匀强磁场并开始计时t＝0，若磁场的宽度为b(b>3a)，在3t0时刻线框到达2位置速度又为v0并开始离开匀强磁场．此过程中v－t图象如图b所示，则(　　)‎ A．t＝0时，线框右侧边MN两端的电压为Bav0‎ B． 在t0时刻线框的速度为v0－‎ C． 线框完全离开磁场的瞬间位置3速度一定比t0时刻线框的速度大 D． 线框从1位置进入磁场到完全离开磁场位置3过程中，线框中产生的电热为2Fb ‎【参考答案】BD ‎2．【2019云南红河州统一检测】如图所示，两根足够长的平行光滑金属导轨MN、PQ放在水平面上，左端向上弯曲，导轨间距为L，电阻不计，水平段导轨所处空间存在方向竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B。导体棒的质量分别为ma＝m，mb＝2m，电阻值分别为Ra＝R，Rb＝2R。b棒静止放置在水平导轨上足够远处，与导轨接触良好且与导轨垂直；a棒在弧形导轨上距水平面h高度处由静止释放，运动过程中导体棒与导轨接触良好且始终与导轨垂直，重力加速度为g，则下列说法错误的是( )‎ A．a棒刚进入磁场时回路中的感应电流为 B．a棒刚进入磁场时，b棒受到的安培力大小为 C．a棒和b棒最终稳定时的速度大小为 D．从a棒开始下落到最终稳定的过程中，a棒上产生的焦耳热为 ‎【参考答案】A ‎3.（2019江苏扬州下学期开学质检） 如图所示，等腰三角形内分布有垂直于纸面向外的匀强磁场，‎ 它的底边在 x 轴上且 长为 2L，高为 L，纸面内一边长为 L 的正方形导线框沿 x 轴正方向做匀速直线运动穿 ‎ 过匀强磁场区域，在 t＝0 时刻恰好位于如图所示的位 置，以顺时针方向为导线框中电流的正方向，下面 四幅图中能够正确表示导线框中的电流－位移(I－x)关系的是（ ）‎ ‎【参考答案】B 二．计算题 ‎1.（2019高考大纲调研卷12）两固定水平平行金属导轨间距为L，导轨上放着两根相同导体棒ab和已知每根导体棒质量均为m,电阻均为R，导轨光滑且电阻不计，整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场，磁感强度为B,开始时ab和cd两导体棒有方向相反的水平初速度，大小分别为和。‎ ‎(1)求从开始到最终稳定的过程中回路总共产生的焦耳热；‎ ‎(2)当d棒的速度大小变为/4时，求：‎ ‎①通过d棒的电荷量为多少？‎ ‎②两棒间的距离增大了多少？‎ ‎③回路消耗的电功率为多少?‎ ‎【参考答案】（1）（4分）‎ ‎（2）①或（8分）②或（4分）③或（4分）‎ ‎（2）分析两棒运动的情况可知，ab棒的速度大小为v0/4有两种情况：‎ ‎①、当ab棒速度未反向时，即,设此时cd棒的速度为v1，由动量守恒定律：‎ ‎,‎ 解得：‎ ‎②、当ab棒速度反向时，即,设此时cd棒的速度为v2，由动量守恒定律：‎ ‎,‎ 解得：（8分）‎ ‎①对棒由动量定理可得：其中F安=BIL ‎，E=BL(vcd-vab)，q=It 带入两种情况可知：当时，‎ 解得：‎ 当时，‎ 解得：‎ ‎②由 可得：或（4分）‎ ‎③由于是纯电阻电路，电功率就是电生热的功率，即P=I2R，将，E=BL(vcd-vab)代入得：；‎ ‎，（4分）‎ ‎2．（15分）(2019江苏常州期末)如图所示，两光滑的平行金属导轨间距为L＝0.5m，与水平面成θ＝30°‎ 角。区域ABCD、CDFE内分别有宽度为d＝0.2m垂直导轨平面向上和向下的匀强磁场，磁感应强度均为B ‎＝0.6T．细金属棒P1、P2质量均为m＝0.1kg，电阻均为r＝0.3Ω，用长为d的轻质绝缘细杆垂直P1、P2将 其固定，并使P1、P2垂直导轨放置在导轨平面上与其接触良好，导轨电阻不计。用平行于导轨的拉力F将 P1、P2以恒定速度v＝2m/s向上穿过两磁场区域，g取10m/s2．求：‎ ‎（1）金属棒P1在ABCD磁场中运动时，拉力F的大小；‎ ‎（2）从金属棒P1进入磁场到P2离开磁场的过程中，拉力F的最大功率；‎ ‎（3）从金属棒P1进入磁场到P2离开磁场的过程中，电路中产生的热量。‎ ‎【名师解析】（1）P1棒在磁场中运动时产生的电动势为：E＝BLv 代入数据解得：E＝0.6V 回路中的感应电流为：I＝‎ 得：I＝1A 由平衡条件得：F1＝2mgsinθ+BIL 得：F1＝1.3N 答：（1）金属棒P1在ABCD磁场中运动时，拉力F的大小是1.3N； ‎ ‎（2）从金属棒P1进入磁场到P2离开磁场的过程中，拉力F的最大功率是4.4W； ‎ ‎（3）从金属棒P1进入磁场到P2离开磁场的过程中，电路中产生的热量是0.36J。‎ ‎3.（2019浙江质检） (10分)如图所示,两根足够长的光滑金属导轨G1、G2放置在倾角为α的斜面上,导轨间距为l,电阻不计。在导轨上端并接两个额定功率均为P、电阻均为R的小灯泡。整个系统置于匀强磁场中,磁感应强度方向与导轨所在平面垂直。现将一质量为m、电阻可以忽略的金属棒MN从图示位置由静止开始释放,经过时间t0,两灯泡开始并保持正常发光。金属棒下落过程中保持与导轨垂直,且与导轨接触良好。重力加速度为g。求:‎ ‎ (1)磁感应强度B的大小;‎ ‎(2)灯泡正常发光时导体棒的运动速率v;‎ ‎(3)在t=0至t=t0期间,两小灯泡产生的焦耳热。‎ ‎【参考答案】 (1)　(2)　(3)2Pt0-‎ 设在t=0至t=t0期间棒运动的距离为s,则由电磁感应定律,有Δq=‎ 解得s=‎ 小灯泡产生的焦耳热Q=mgssin α-mv2‎ 代入得 Q=mgsin α·mv2=2Pt0-。‎ ‎4．（18分）（2019闽粤赣三省十校下学期联考）如图所示，倾角为θ=37°的足够长的平行导轨顶端bc间、‎ 底端ad间分别连一电阻，其阻值为R1＝R2＝2r，两导轨间距为L=1m。在导轨与两个电阻构成的回路中有 垂直于轨道平面向下的磁场，其磁感应强度为B1=1T。在导轨上横放一质量m=1kg、电阻为r=1Ω、长度也 为L的导体棒ef，导体棒与导轨始终良好接触，导体棒与导轨间的动摩擦因数为μ=0.5。在平行导轨的顶端 通过导线连接一面积为S＝0.5m2、总电阻为r、匝数N=100的线圈(线圈中轴线沿竖直方向)，在线圈内加上 沿竖直方向,且均匀变化的磁场B2(图中未画),连接线圈电路上的开关K处于断开状态，g=10m/s2,不计导轨电 ‎ 阻。求：‎ ‎(1)从静止释放导体棒,导体棒能达到的最大速度是多少？‎ ‎(2)导体棒从静止释放到稳定运行之后的一段时间内,电阻R1上产生的焦耳热为Q=0.5J,那么导体下滑的距离是多少？‎ ‎(3)现闭合开关K，为使导体棒静止于倾斜导轨上，那么在线圈中所加磁场的磁感应强度的方向及变化率大小的取值范围？（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力）‎ ‎（2）导体棒从静止释放到稳定运行之后的一段时间内,由动能定理有 ‎ ‎ ④ （2分）‎ 根据功能关系有 ⑤ （1分）‎ 根据并联电路特点得 ⑥ （1分）‎ 由③④⑤⑥联立得 ⑦ （1分）‎ ‎（3）开关闭合后，导体棒ef受到的安培力 ⑧‎ 干路电流 ⑨ （1分）‎ 电路的总电阻 ⑩‎ 根据电路规律及⑨⑩得 由⑧⑪联立得 （1分）‎ 当安培力较大时 （1分）‎ 由⑫⑬得 （1分）‎ 当安培力较小时 （1分）‎ 由⑫⑮得 （1分）‎ 故为使导体棒静止于倾斜导轨上，磁感应强度的变化的取值范围为：‎ ‎ （1分）‎ 根据楞次定律和安培定则知闭合线圈中所加磁场：若方向竖直向上，则均匀减小；若方向竖直向下，则均匀增强。 （1分） ‎5．（2019山东新泰一中质检）间距为l=0. 5m两平行金属导轨由倾斜部分和水平部分平滑连接而成，如图所示，倾斜部分导轨的倾角θ=30°，上端连有阻值R=0.5Ω的定值电阻且倾斜导轨处于大小为B1=0.5T、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中。水平部分导轨足够长，图示矩形虚线框区域存在大小为B2=1T、方向竖直向上的匀强磁场，磁场区域的宽度d=3m。现将质量m=0.1kg、内阻r=0.5Ω、长l=0.5m的导体棒ab从倾斜导轨上端释放，达到稳定速度v0后进入水平导轨，当恰好穿过B2磁场时速度v=2m/s，已知导体棒穿过B2磁场的过程中速度变化量与在磁场中通过的距离满足（比例系数k未知），运动过程中导体棒始终与导轨垂直并接触良好，不计摩擦阻力和导轨电阻。求：‎ ‎（1）导体棒ab的速度v0；‎ ‎（2）导体棒ab穿过B2磁场过程中通过R的电荷量及导体棒ab产生的焦耳热；‎ ‎（3）若磁场B1大小可以调节，其他条件不变，为了使导体棒ab停留在B2磁场区域，B1需满足什么条件。‎ ‎【名师解析】（1）当导体棒ab运动稳定后，做匀速运动，由平衡条件知，‎ ‎ ‎ 感应电流 ‎ 联立得 ‎ ‎（3）根据题意有，，则若导体棒ab以速度v′通过B2磁场时与在磁场中通过的距离x′满足 ‎ 导体棒ab在B1磁场中达到稳定速度时，由平衡条件知 ‎ ‎ 又 ‎ 联立得 ‎ 根据题意， ‎ 联立以上二式并代入数据得T。 ‎