全国通用2016高考物理二轮复习专题四第9讲电磁感应和直流电路提升训练.doc

第9讲电磁感应和直流电路专题提升训练一、单项选择题1.(2015·绍兴市高三期末调测)有一种储能装置，在鞋底上层固定一块N极向下的钕铁硼强磁铁，鞋底的底层固定一个金属线圈，线圈连着整流器和电容器，磁铁套在线圈中，鞋底上层和底层间充有弹性填充物。人走路时，磁铁相对线圈运动产生感应电流，从而实现储能，则可以推断出()A.此装置会使人走路时动能增加B.脚从接触地面到踩实地面过程中安培力做正功C.此装置将人的化学能转化为电能D.脚从踩实地面到离开地面过程中不产生感应电流解析脚从接触地面到踩实的过程以及脚抬起的过程，磁铁与线圈间都会有相对运动，线圈中的磁通量都会发生变化，故两个过程都会有感应电流，D错误；据楞次定律知，感应电流所受的安培力总是阻碍线圈与磁铁间的相对运动，故安培力做负功，B错误；此装置产生了感应电流，即生成了电能，且生成的电能来源于人消耗的化学能，故此装置不可能使人走路的动能增加，A错误，C正确。答案C2.如图1所示，图中的虚线为磁场的理想边界，方向垂直于纸面向里，一质量分布均匀的梯形导体框MNQP由图中位置开始匀速穿过磁场，已知MN、PQ间的距离与两虚线的间距相等。假设沿MNQP方向的电流为正，由图示的位置开始计时，则整个过程中导体框中感应电流随时间变化规律的图象为()图1解析由右手定则可以判断开始时电流应为负值，导体框切割磁感线的有效长度是均匀增加的，当导体框全部进入磁场到PQ边离开磁场，再次利用右手定则可以判断此时电流应为正值，而导体框切割磁感线的有效长度是均匀增加的，所以B项正确。答案B3.(2015·四川成都新津中学月考)如图2虚线上方空间有匀强磁场，扇形导线框绕垂直于框面的轴O以角速度匀速转动，线框中感应电流方向以逆时针为正，那么，能正确表明线框转动一周感应电流变化情况的是下列图中的哪一个()图2解析在0内，线框中没有感应电流；在内，EBLv，电流不随时间变化，方向为逆时针；在T内，线框全部在磁场中，没有感应电流；在TT内，EBLv，方向为顺时针，选项A正确。答案A4.如图3甲所示，质量为2 kg的绝缘板静止在粗糙水平地面上，质量为1 kg、边长为1 m、电阻为0.1 的正方形金属框ABCD位于绝缘板上，E、F分别为BC、AD的中点。某时刻起在ABEF区域内有竖直向下的磁场，其磁感应强度B1的大小随时间变化的规律如图乙所示，AB边恰在磁场边缘以外；FECD区域内有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B20.5 T，CD边恰在磁场边缘以内。假设金属框受到的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取g10 m/s2，则()图3A.金属框中产生的感应电动势大小为1 VB.金属框受到向左的安培力大小为1 NC.金属框中的感应电流方向沿ADCB方向D.如果金属框与绝缘板间的动摩擦因数为0.3，则金属框可以在绝缘板上保持静止解析因为ES，而左边磁场的有效面积仅限于ABEF之内，所以E0.5 V，选项A错误；电流I5 A，由楞次定律可知金属框中的感应电流方向沿ABCD方向，选项C错误；CD边处于竖直向上的匀强磁场中，则F安B2IL2.5 N，由左手定则可知方向向右，选项B错误；设金属框的质量为m，如果金属框与绝缘板间的动摩擦因数为0.3，则金属框与绝缘板间的最大静摩擦力Ffmaxmg3 N，因为F安Ffmax，所以金属框可以在绝缘板上保持静止，选项D正确。答案D5.阻值为R的电阻和不计电阻的导线组成如图4所示的滑轨，滑轨与水平面成角，匀强磁场垂直滑轨所在的平面，宽滑轨的宽度是窄滑轨宽度的2倍。一质量为m、电阻不计的导体棒ab垂直滑轨放置，彼此接触良好。不计导体棒与滑轨间的摩擦，导体棒从靠近电阻R处由静止释放，在滑至窄滑轨之前已做匀速运动，其匀速运动的速度为v，窄滑轨足够长。则下列说法正确的是()图4A.导体棒进入窄滑轨后，一直做匀速直线运动B.导体棒在窄滑轨上先做减速运动再做匀速运动C.导体棒在窄滑轨上匀速运动时的速度为2vD.导体棒在宽、窄两滑轨上匀速运动时电阻R上产生的热功率之比为14解析设宽滑轨的宽度为L，窄滑轨的宽度为L，则L，由于导体棒在进入窄滑轨前已做匀速运动，故有mgsin BIL。导体棒进入窄滑轨后，因为LL，所以mgsin ，导体棒将加速下滑，当mgsin ，即v4v时，导体棒将再次做匀速运动，故选项A、B、C错误；导体棒在宽、窄两滑轨上匀速运动时，感应电动势之比，又P，所以导体棒在宽、窄两滑轨上匀速运动时电阻R上产生的热功率之比为14，选项D正确。答案D6.(2015·安徽理综，19)如图5所示，abcd为水平放置的平行“”形光滑金属导轨，间距为l，导轨间有垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度大小为B，导轨电阻不计。已知金属杆MN倾斜放置，与导轨成角，单位长度的电阻为r，保持金属杆以速度v沿平行于cd的方向滑动(金属杆滑动过程中与导轨接触良好)。则()图5A.电路中感应电动势的大小为B.电路中感应电流的大小为C.金属杆所受安培力的大小为D.金属杆的发热功率为解析电路中的感应电动势EBlv，感应电流I故A错误，B正确；金属杆所受安培力大小FBI，故C错误；金属杆的发热功率PI2RI2 r，故D错误。答案B7.(2015·衢州市高三质检)如图6所示的电路中，电表均为理想电表，闭合开关S，当滑动变阻器的滑片P向右移动时，下列说法中正确的是()图6A.电流表读数变小，电压表读数变大B.小灯泡L变暗C.电源的总功率变小D.电容器C所带的电荷量减少解析当滑动变阻器的滑片P向右移动时，滑动变阻器接入电路部分的电阻减小，则电路中的总电阻减小，总电流增大，路端电压减小，故电流表读数变大，电压表读数变小，选项A错误；通过小灯泡的电流变大，由PI2R知小灯泡L变亮，选项B错误；电源的总功率EI增大，选项C错误；由于路端电压减小，小灯泡L两端电压增大，故电容器C两端电压减小，由C可知，电容器C所带的电荷量QCU减少，选项D正确。答案D二、多项选择题8.如图7所示，水平放置的平行板电容器与线圈连接，线圈内有垂直于纸面(设向里为正方向)的匀强磁场。为使带负电的微粒静止在板间，磁感应强度B随时间t变化的图象应是()图7解析由题意可知，带负电的微粒静止在板间，受到电场力与重力平衡，则有mgqEq，解得极板间的电压为U，保持不变，则线圈中产生的感应电动势恒定不变，根据法拉第电磁感应定律可知B随时间均匀变化。由于微粒带负电，则由平衡条件知，微粒所受的电场力方向向上，上极板带正电，则线圈中产生的感应电动势的方向沿逆时针方向，根据楞次定律可知，当磁场方向垂直于纸面向里时，B均匀增大，当磁场方向垂直于纸面向外时，B均匀减小，故选项B、C正确。答案BC9.(2015·湖南四校联考)如图8所示，图中的四个电表均为理想电表，当滑动变阻器滑片P向右端移动时，下面说法中正确的是()图8A.电压表V1的读数减小，电流表A1的读数增大B.电压表V1的读数增大，电流表A1的读数减小C.电压表V2的读数减小，电流表A2的读数增大D.电压表V2的读数增大，电流表A2的读数减小解析当滑动变阻器滑片P向右端移动时，变阻器接入电路的电阻减小，由闭合电路欧姆定律可知，干路电流I增大，路端电压U减小，则电流表A1读数增大；电压表V1读数U1EI(R1r)减小；通过电流表A2的电流I2减小；通过R2的电流I2II2，I增大，I2减小，则I2增大，则电压表V2的读数增大。故A、D正确。答案AD三、非选择题10.(2015·福建漳州八校联考)如图9所示，两平行导轨间距L0.1 m，足够长光滑的倾斜部分和粗糙的水平部分圆滑连接，倾斜部分与水平面的夹角30°，垂直斜面方向向上的磁场的磁感应强度B0.5 T，水平部分没有磁场。金属棒ab质量m0.005 kg，电阻r0.02 ，运动中与导轨有良好接触，并且垂直于导轨，电阻R0.08 ，其余电阻不计，当金属棒从斜面上离地高h1.0 m以上任何地方由静止释放后，在水平面上滑行的最大距离x都是1.25 m(g取10 m/s2)。求：图9(1)棒在斜面上的最大速度；(2)水平面的动摩擦因数；(3)从高度h1.0 m处滑下后电阻R上产生的热量。解析(1)由题意知金属棒从离地高h1.0 m以上任何地方由静止释放后，在到达水平面之前已经开始匀速运动。设最大速度为v，则感应电动势EBLv，感应电流I，安培力FBIL，匀速运动时，有mgsin F，解得v1.0 m/s。(2)在水平面上运动时，金属棒所受滑动摩擦力fmg，金属棒在摩擦力作用下做匀减速运动，有fma，v22ax，解得0.04。(用动能定理同样可以解答)(3)下滑的过程中，由动能定理可得mghWmv2，克服安培力所做的功等于电路中产生的电热，有WQ，电阻R上产生的热量QRQ，解得QR3.8×102 J。答案(1)1.0 m/s(2)0.04(3)3.8×102 J11.在距离水平地面高度为h0.8 m处有一与地面平行的虚线，如图10所示，在虚线的上方存在垂直纸面向里的匀强磁场，一边长为l0.2 m的正方形导体框MNPQ竖直放置在虚线的正下方，现对导体框施加一竖直向上的恒力F2 N，使导体框向上运动，经一段时间导体框刚好以v02 m/s的速度进入磁场做匀速直线运动。当导体框的PQ边与虚线重合时立刻将恒力F撤走，导体框上升到最高点后按原路返回，直到落地为止，假设整个过程中导体框的PQ边始终与虚线平行。已知导体框的质量为m0.1 kg、阻值为R0.08 ，重力加速度为g10 m/s2。图10(1)求虚线上方的磁场的磁感应强度大小；(2)从导体框开始进入磁场到上升到最高点所用的时间；(3)导体框落地时的速度大小。解析(1)导体框的MN边刚进入磁场时，感应电流I导体框刚进入磁场时做匀速直线运动，有FmgBIl代入数据解得B1 T。(2)设导体框进入磁场做匀速直线运动的时间为t1，有t10.1 s导体框全部进入磁场后做竖直上抛运动，到最高点时所用时间t20.2 s导体框从开始进入磁场到上升到最高点所用时间tt1t20.3 s。(3)导体框从最高点回到磁场边界时速度大小不变，导体框所受安培力大小也不变，则F安mg因此，导体框穿出磁场过程还是做匀速直线运动，离开磁场后做竖直下抛运动，由机械能守恒定律可得mv2mvmg(hl)代入数据解得导体框落地时的速度v4 m/s。答案(1)1 T(2)0.3 s(3)4 m/s12.(2015·台州市高三质量评估)如图11所示，两足够长的平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为L，导轨平面与水平面的夹角30°，导轨电阻不计，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面向上。长为L的金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上，且始终与导轨接触良好，金属棒的质量为m、电阻为R。两金属导轨的上端连接一个灯泡，灯泡的电阻也为R。现闭合开关K，给金属棒施加一个方向垂直于杆且平行于导轨平面向上的、大小为F2mg的恒力，使金属棒由静止开始运动，当金属棒达到最大速度时，灯泡恰能达到它的额定功率。重力加速度为g。图11(1)求金属棒能达到的最大速度vm；(2)求灯泡的额定功率PL；(3)若金属棒上滑距离为s时速度恰达到最大，求金属棒由静止开始上滑2s的过程中，金属棒上产生的电热Q1。解析(1)金属棒先做加速度逐渐减小的加速运动，当加速度为零时，金属棒达到最大速度，此后开始做匀速直线运动。设最大速度为vm，则速度达到最大时有：EBLvmIFBILmgsin 解得：vm(2)PLI2R解得：PL(3)设整个电路放出的电热为Q，由能量守恒定律有：F·2sQmgsin ·2smv由题意可知Q1解得：Q1mgs答案(1)(2)(3)mgs8