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- 2021-05-24 发布
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(本栏目内容,在学生用书中以活页形式分册装订!)
一、选择题
1.如右图所示,匀强磁场的磁感应强度为B,方向竖直向下,在磁场中有一个边长为L的正方形刚性金属框,ab边的质量为m,电阻为R,其他三边的质量和电阻均不计.cd边上装有固定的水平轴,将金属框自水平位置由静止释放,第一次转到竖直位置时,ab边的速度为v,不计一切摩擦,重力加速度为g,则在这个过程中,下列说法正确的是( )
A.通过ab边的电流方向为a→b
B.ab边经过最低点时的速度v=
C.a、b两点间的电压逐渐变大
D.金属框中产生的焦耳热为mgL-mv2
解析: 本题考查电磁感应.ab边向下摆动过程中,磁通量逐渐减小,根据楞次定律及右手定则可知感应电流方向为b→a,选项A错误;ab边由水平位置到达最低点过程中,机械能不守恒,所以选项B错误;金属框摆动过程中,ab边同时受安培力作用,故当重力与安培力沿其摆动方向分力的合力为零时,a、b两点间电压最大,选项C错误;根据能量转化和守恒定律可知,金属框中产生的焦耳热应等于此过程中机械能的损失,故选项D正确.
答案: D
2.一质量为m、电阻为r的金属杆ab,以一定的初速度v0从一光滑平行金属导轨底端向上滑行,导轨平面与水平面成30°角,两导轨上端用一电阻R相连,如右图所示,磁场垂直斜面向上,导轨的电阻不计,金属杆向上滑行到某一高度之后又返回到底端时的速度大小为v,( )
A.向上滑行的时间大于向下滑行的时间
B.在向上滑行时电阻R上产生的热量小于向下滑行时电阻R上产生的热量
C.向上滑行时与向下滑行时通过电阻R的电荷量相等
D.金属杆从开始上滑至返回出发点,电阻R上产生的热量为m(v-v2)
解析: 导体杆沿斜面向上运动时安培力沿斜面向下,沿斜面向下运动时安培力沿斜面向上,所以上升过程的加速度大于下滑过程的加速度,因此向上滑行的时间小于向下滑行的时间,A错;向上滑行过程的平均速度大,感应电流大,安培力做的功多,R上产生的热量多,B错;由q=知C对;由能量守恒定律知回路中产生的总热量为m(v-v2),D错; 本题中等难度.
答案: C
3.矩形线圈abcd,长ab=20 cm,宽bc=10 cm,匝数n=200,线圈回路总电阻R=5 Ω.整个线圈平面内均有垂直于线圈平面的匀强磁场穿过.若匀强磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律如右图所示,则( )[来源:Zxxk.Com]
A.线圈回路中感应电动势随时间均匀变化
B.线圈回路中产生的感应电流为0.2 A
C.当t=0.3 s时,线圈的ab边所受的安培力大小为0.016 N
D.在1 min内线圈回路产生的焦耳热为48 J
解析: 由E=n=nS可知,由于线圈中磁感应强度的变化率= T/s=0.5 T/s为常数,则回路中感应电动势为E=n=2 V,且恒定不变,故选项A错误;回路中感应电流的大小为I==0.4 A,选项B错误;当t=0.3 s时,磁感应强度B=0.2 T,则安培力为F=nBIl=200×0.2×0.4×0.2 N=3.2 N,故选项C错误;1 min内线圈回路产生的焦耳热为Q=I2Rt=0.42×5×60 J=48 J.选项D正确.
答案: D
4.(2010·扬州模拟)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( )
解析: 由楞次定律可判定回路中的电流始终为b→a方向,由法拉第电磁感应定律可判定回路电流大小恒定,故A、B错;由F安=BIL可得F安随B的变化而变化,在0~t0时间内,F安方向向右,故外力F与F安等值反向,方向向左为负值;在t0~t时间内,F安方向改变,故外力F方向也改变为正值,综上所述,D项正确.
答案: D
5.如右图所示,光滑金属导轨AC、AD固定在水平面内,并处在方向竖直向下、大小为B的匀强磁场中.有一质量为m的导体棒以初速度v0从某位置开始在导轨上水平向右运动,最终恰好静止在A点.在运动过程中,导体棒与导轨始终构成等边三角形回路,且通过A点的总电荷量为Q.已知导体棒与导轨间的接触电阻阻值为R,其余电阻不计,则( )
A.该过程中导体棒做匀减速运动
B.该过程中接触电阻产生的热量为mv
C.开始运动时,导体棒与导轨所构成回路的面积为
D.当导体棒的速度为v0时,回路中感应电流大小为初始时的一半
解析: 产生的感应电动势为E=Blv,电流为I=Blv/R,安培力为F=BIl=B2l2v/R,l、v都在减小,根据牛顿第二定律知,加速度也在减小,故A错;该过程中,动能全部转化为接触电阻产生的热量为mv;B错;该过程中,通过的总电荷量为Q=BS/R,整理后得开始运动时,导体棒与导轨所构成回路的S=,C对;由产生的感应电动势为E=Blv和电流为I=Blv/R,可知D错.
答案: C
6.如右图所示,两竖直放置的平行光滑导轨相距0.2 m,其电阻不计,处于水平向里的匀强磁场中,匀强磁场的磁感应强度为0.5 T,导体棒ab与cd的电阻均为0.1 Ω,质量均为0.01 kg.现用竖直向上的力拉ab棒,使之匀速向上运动,此时cd棒恰好静止,已知棒与导轨始终接触良好,导轨足够长,g取10 m/s2,则( )
A.ab棒向上运动的速度为1 m/s[来源:学_科_网Z_X_X_K]
B.ab棒受到的拉力大小为0.2 N
C.在2 s时间内,拉力做功为0.4 J
D.在2 s时间内,ab棒上产生的焦耳热为0.4 J
解析: cd棒受到的安培力等于它的重力,BL=mg,v==2 m/s,A错误.ab棒受到向下的重力G和向下的安培力F,则ab棒受到的拉力FT=F+G=2mg=0.2 N,B正确.在2 s内拉力做的功,W=FTvt=0.2×2×2 J=0.8 J,C不正确.在2 s内ab棒上产生的热量Q=I2Rt=2Rt=0.2 J,D不正确.
答案: B
7.如右图所示,在光滑水平面上方,有两个磁感应强度大小均为B、方向相反的水平匀强磁场,如图所示,PQ为两个磁场的边界,磁场范围足够大.一个边长为a,质量为m,电阻为R的正方形金属线框垂直磁场方向,以速度v从图示位置向右运动,当线框中心线AB运动到与PQ重合时,线框的速度为,则( )
A.此时线框中的电功率为4B2a2v2/R
B.此时线框的加速度为4B2a2v/(mR)[来源:Z,xx,k.Com]
C.此过程通过线框截面的电荷量为Ba2/R
D.此过程回路产生的电能为0.75mv2
解析: 线框左右两边都切割磁感线则E总=2Ba·,P==
,A错误;线框中电流I==,两边受安培力F合=2·BIa=,故加速度a=,B错误;由=,=.q=Δt得q=.从B点到Q点ΔΦ=Ba2,故C正确;而回路中产生的电能E=mv2-m2=mv2,故D错误.
答案: C
二、非选择题[来源:学.科.网Z.X.X.K]
8.(2010·江苏单科)
如右图所示,两足够长的光滑金属导轨竖直放置,相距为L,一理想电流表与两导轨相连,匀强磁场与导轨平面垂直.一质量为m、有效电阻为R的导体棒在距磁场上边界h处静止释放.导体棒进入磁场后,流经电流表的电流逐渐减小,最终稳定为I.整个运动过程中,导体棒与导轨接触良好,且始终保持水平,不计导轨的电阻.求:
(1)磁感应强度的大小B;
(2)电流稳定后,导体棒运动速度的大小v;
(3)流经电流表电流的最大值Im.
解析: (1)电流稳定后,导体棒做匀速运动 BIL=mg①
解得 B=.②
(2)感应电动势 E=BLv③
感应电流 I=④
由②③④式解得 v=.
(3)由题意知,导体棒刚进入磁场时的速度最大,设为vm
机械能守恒 mv=mgh
感应电动势的最大值 Em=BLvm
感应电流的最大值 Im=
解得 Im=.
答案: (1)B= (2)v= (3)Im=
9.如右图所示,两根相同的劲度系数为k的金属轻弹簧用两根等长的绝缘线悬挂在水平天花板上,弹簧的上端通过导线与阻值为R的电阻相连,弹簧的下端接一质量为m、长度为L、电阻为r的金属棒,金属棒始终处于宽度为d的垂直纸面向里磁感应强度为B的匀强磁场中.开始时弹簧处于原长.金属棒从静止释放,其下降高度为h时达到了最大速度.已知弹簧始终在弹性限度内,且当弹簧的形变量为x时,它的弹性势能为kx2,不计空气阻力和其他电阻,求:
(1)金属棒的最大速度是多少?
(2)这一过程中R消耗的电能是多少?
解析: (1)当金属棒有最大速度时,加速度为零,金属棒受向上的弹力、安培力和向下的重力作用,有
2kh+BId=mg
I=
vmax=.
(2)根据能量关系得
mgh-2×-mv=E电
又有R、r共同消耗了总电能
=,ER+Er=E电
整理得R消耗的电能为
ER=E电=[mgh-kh2-].
答案: (1)
(2)[mgh-kh2-]
10.如图所示,在距离水平地面h=0.8 m的虚线的上方,有一个方向垂直于纸面水平向内的匀强磁场.正方形线框abcd的边长l=0.2 m,质量m=0.1 kg,电阻R=0.08 Ω.一条不可伸长的轻绳绕过轻滑轮,一端连线框,另一端连一质量M=0.2 kg的物体A.开始时线框的cd在地面上,各段绳都处于伸直状态,从如图所示的位置由静止释放物体A,一段时间后线框进入磁场运动,已知线框的ab边刚进入磁场时线框恰好做匀速运动.当线框的cd边进入磁场时物体A恰好落地,同时将轻绳剪断,线框继续上升一段时间后开始下落,最后落至地面.整个过程线框没有转动,线框平面始终处于纸面内,g取10 m/s2.求:
(1)匀强磁场的磁感应强度B.
(2)线框从开始运动到最高点,用了多长时间?
(3)线框落地时的速度多大?
解析: (1)设线框到达磁场边界时速度大小为v,由机械能守恒定律可得:
Mg(h-l)=mg(h-l)+(M+m)v2①
代入数据解得:v=2 m/s②
线框的ab边刚进入磁场时,感应电流:I=③
线框恰好做匀速运动,有:
Mg=mg+IBl④
代入数据解得:B=1 T.⑤
(2)设线框进入磁场之前运动时间为t1,有:
h-l=vt1⑥
代入数据解得:t1=0.6 s⑦
线框进入磁场过程做匀速运动,所用时间:
t2==0.1 s⑧
此后轻绳拉力消失,线框做竖直上抛运动,到最高点时所用时间:t3==0.2 s⑨
线框从开始运动到最高点,所用时间:
t=t1+t2+t3=0.9 s.⑩
(3)线框从最高点下落至磁场边界时速度大小不变,线框所受安培力大小也不变,即
IBl=(M-m)g=mg⑪
因此,线框穿过磁场过程还是做匀速运动,离开磁场后做竖直下抛运动.
由机械能守恒定律可得:
mv=mv2+mg(h-l)⑫
代入数据解得线框落地时的速度:[来源:学_科_网]
v1=4 m/s.⑬
答案: (1)1 T (2)0.9 s (3)4 m/