专题十　涉及电磁感应的力电综合问题-高三物理二轮复习题.doc

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1、专题十涉及电磁感应的力电综合问题时间:40分钟1.(多选)如图Z10-1所示,位于同一水平面内的两根平行的光滑金属导轨处在匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨所在平面,导轨的一端与一电阻相连,具有一定质量的金属杆ab放在导轨上并与导轨垂直.现用一平行于导轨的恒力F拉杆ab,使它由静止开始向右运动.杆和导轨的电阻、感应电流产生的磁场均可不计.用E表示回路中的感应电动势,i表示回路中的感应电流,在i随图Z10-1时间增大的过程中,电阻消耗的功率等于() A.F的功率B.安培力的功率的绝对值C.F与安培力的合力的功率 D.iE2.如图Z10-2所示,空间存在一有边界的条形匀强磁场区域,磁场方向与竖直平面(

2、纸面)垂直,磁场边界的间距为L.一个质量为m、边长也为L的正方形导线框沿竖直方向运动,线框所在平面始终与磁场方向垂直,且线框上、下边始终与磁场的边界平行.t=0时刻线框的上边恰好与磁场的下边界重合(图中位置),线框的速度为v0.经历一段时间后,当线框的下边恰好与磁场的上边界重合时(图中位置),线框的速度刚好为零.此后,线框下落,经过一段时间回到初始位置(不计空气阻力),则()图Z10-2A.上升过程合力做的功与下降过程中合力做的功相等B.上升过程线框产生的热量与下降过程中线框产生的热量相等C.上升过程线框的加速度逐渐增大D.上升过程克服重力做功的平均功率大于下降过程重力的平均功率3.如图Z10

3、-3所示,间距为L的足够长的平行金属导轨固定在斜面上,导轨一端接入阻值为R的定值电阻.t=0时,质量为m的金属棒由静止开始沿导轨下滑,t=T时,金属棒的速度恰好达到最大值vm.整个装置处于垂直于斜面向下、磁感应强度为B的匀强磁场中,已知金属棒与导轨间的动摩擦因数为,金属棒在运动过程中始终与导轨垂直且接触良好,金属棒及导轨的电阻不计.下列说法正确的是()图Z10-3A.t=T2 时,金属棒的速度大小为vm2B.0T内,金属棒机械能的减少量等于电阻R产生的焦耳热C.电阻R在0T2内产生的焦耳热小于T2T内产生的焦耳热D.金属棒在0T2内机械能的减少量大于在T2T内机械能的减少量4.(多选)在如图Z

4、10-4所示的倾角为的光滑斜面上存在着两个磁感应强度大小均为B的匀强磁场区域,区域的磁场方向垂直于斜面向上,区域的磁场方向垂直于斜面向下,磁场宽度HP及PN均为L.一个质量为m、电阻为R、边长为L的正方形导线框由静止开始沿斜面下滑,t1时刻ab边刚越过GH进入磁场区域,此时导线框恰好以速度v1做匀速直线运动;t2时刻ab边下滑到JP与MN的中间位置,此时导线框又恰好以速度v2做匀速直线运动.重力加速度为g.下列说法中正确的是()A.当ab边刚越过JP时,导线框的加速度大小为a=gsin B.导线框两次做匀速直线运动的速度之比v1v2=41图Z10-4C.从t1时刻到t2时刻的过程中,导线框克服

5、安培力做的功等于重力势能的减少量D.从t1时刻到t2时刻的过程中,有3mgLsin2+m(v12-v22)2的机械能转化为电能5.课堂上,老师演示了一个有趣的电磁现象:将一铝管竖立,把一块直径比铝管内径小一些的圆柱形的强磁铁从铝管上端由静止释放,强磁铁在铝管中始终与管壁不接触.可以观察到,相比强磁铁自由下落,强磁铁在铝管中的下落会延缓许多.下课后,好奇的小明将一块较厚的泡沫塑料垫在电子秤上,再将这个铝管竖直固定在泡沫塑料上(用以消除电子秤内部铁磁性材料与磁铁相互作用的影响),如图Z10-5所示,重复上述实验操作.在强磁铁由静止释放至落到泡沫塑料图Z10-5上之前,关于强磁铁的运动和受力情况,下

6、列情况可能发生的是()A.先加速下落后减速下落B.始终做加速运动,且加速度不断增大C.所受合力方向竖直向上D.所受铝管对它的作用力越来越大6.(多选)用一段横截面半径为r、电阻率为、密度为d的均匀导体材料做成一个半径为R(rR)的圆环.圆环竖直向下落入如图Z10-6所示的径向磁场中,圆环的圆心始终在N极的轴线上,圆环所在位置的磁感应强度大小均为B,圆环在加速下落过程中某一时刻的速度为v,忽略电感的影响,重力加速度为g,则()图Z10-6A.此时在圆环中产生了顺时针方向(俯视)的感应电流B.圆环因受到了向下的安培力而加速下落C.此时圆环的加速度a=B2vdD.如果径向磁场足够长,则圆环的最大速度

7、vm=dgB27.如图Z10-7甲所示,一边长L=2.5 m、质量m=0.5 kg的正方形金属线框放在光滑绝缘的水平面上,整个装置处在方向竖直向上、磁感应强度B=0.8 T的匀强磁场中,它的一边与磁场的边界MN重合.在水平力F作用下由静止开始向左运动,经过5 s线框被拉出磁场.测得线框中的电流随时间变化的图像如图乙所示.在线框被拉出的过程中:(1)求通过线框的电荷量及线框的总电阻;(2)分析线框的运动性质并写出水平力F随时间t变化的表达式;(3)已知在这5 s内力F做功1.92 J,那么在此过程中,线框产生的焦耳热是多少?图Z10-7 挑战自我8.如图Z10-8所示,两根正对的平行金属直轨道M

8、N、MN位于同一水平面上,两直轨道之间的距离l=0.50 m,直轨道的MM端接一阻值为R=0.50 的定值电阻.直轨道的右端处于竖直向下、磁感应强度大小为B=0.60 T的匀强磁场中,磁场区域右边界为NN,宽度d=0.80 m;直轨道的最右端与两条位于竖直面内的半圆形光滑金属轨道NP、NP平滑连接,两半圆形轨道的半径均为R0=0.50 m.现有一导体杆ab静止在距磁场的左边界s=2.0 m处,导体杆的质量m=0.20 kg,电阻r=0.10 .导体杆在与导体杆垂直的大小为2.0 N的水平恒力F的作用下开始运动,当运动至磁场的左边界时撤去F,导体杆穿过磁场区域后,沿半圆形轨道运动,结果恰好能通过

9、半圆形轨道的最高位置PP.已知导体杆始终与轨道垂直,导体杆与直轨道之间的动摩擦因数=0.10,轨道电阻忽略不计,g取10 m/s2.求:(1)导体杆刚进入磁场时,通过导体杆的电流的大小和方向;(2)在导体杆穿过磁场的过程中,通过电阻R的电荷量;(3)在导体杆穿过磁场的过程中,整个电路产生的焦耳热.图Z10-8专题训练(十)A1.BD解析 金属杆ab做加速度减小的加速运动,根据能量守恒定律可知,恒力F做的功等于杆增加的动能和电路中产生的电能.电阻消耗的功率等于电路中产生电能的功率,不等于恒力F的功率,故A错误;电路中产生电能的功率等于克服安培力做功的功率,等于iE,故B、D正确,C错误.2.D解

10、析 线框运动过程中要产生电能,根据能量守恒定律可知,线框返回初始位置1时速率减小,则上升过程动能变化量大于下降过程动能变化量,根据动能定理知,上升过程合力做功较多,故A错误;线框产生的焦耳热等于克服安培力做功,对应同一位置,上升过程线框所受安培力大于下降过程所受安培力,而上升与下降过程线框位移大小相等,则上升过程克服安培力做功大于下降过程克服安培力做功,上升过程线框产生的热量比下降过程线框产生的热量多,故B错误;上升过程线框所受的重力和安培力都向下,线框做减速运动,设加速度大小为a,根据牛顿第二定律得mg+B2L2vR=ma,则a=g+B2L2vmR,由此可知,线框速度v减小时,加速度a也减小

11、,故C错误;下降过程线框做加速运动,有mg-B2L2vR=ma,a=g-B2L2vmR,则aa,由此可知,下降过程加速度小于上升过程加速度,上升过程与下降过程位移大小相等,则上升过程时间短,下降过程时间长,上升过程与下降过程重力做功相同,则上升过程克服重力做功的平均功率大于下降过程重力的平均功率,D正确.3.C解析 速度达到最大值vm前,金属棒做加速度减小的加速运动,故相同时间内速度的增加量减小,所以t=T2时,金属棒的速度大于vm2,故A错误;由能量守恒定律可知, 0T内,金属棒机械能的减小量等于R上产生的焦耳热、金属棒与导轨间摩擦生热之和,故B错误;0T2内金属棒的位移小于T2T内金属棒的

12、位移,金属棒做加速运动,所受的安培力逐渐增大,所以T2T内金属棒克服安培力做功更多,产生的电能更多,电阻R上产生的焦耳热更多,故C正确;T2T内的位移比0T2内的位移大,故T2T内克服滑动摩擦力做功更多,由功能关系得,T2T内金属棒机械能的减少量更多,故D错误.4.BD解析 ab边刚越过GH进入磁场区域时,感应电动势E1=BLv1,电流I1=E1R=BLv1R,线框做匀速运动,所以有mgsin =BI1L=B2L2v1R,当ab边刚越过JP时,感应电动势E2=2BLv1,电流I2=E2R=2BLv1R,根据牛顿第二定律得2BI2L-mgsin =ma,联立解得a=3gsin ,故A错误;t2时

13、刻以速度v2做匀速直线运动,即mgsin =4B2L2v2R,所以v1v2=41,故B正确;从t1时刻到t2时刻的过程中,根据能量守恒定律,导线框克服安培力做的功等于机械能的减少量,即克服安培力做的功W=3mgLsin2+m(v12-v22)2,克服安培力做的功等于产生的电能,故C错误,D正确.5.D解析 磁铁在下落的过程中,铝管切割磁感线产生感生电流,受到磁铁所给的向下的安培力,磁铁受到向上的安培力反作用力,初始阶段,磁铁的速度较小,铝管受到的安培力较小,磁铁受到的向下的重力大于向上的安培力反作用力,于是向下做加速度减小的加速运动,如果铝管足够长,磁铁的加速度会减小到零,此时磁铁受到的向下的

14、重力等于向上的安培力反作用力,之后磁铁向下做匀速运动,A、B错误;如果铝管足够长,磁铁在运动过程中所受合力先竖直向下后减为零,C错误;由于磁铁在铝管中运动的速度越来越大,铝管切割磁感线产生的感生电流越来越大,受到向下的安培力越来越大,铝管对磁铁的安培力反作用力也越来越大,这是磁铁落到泡沫塑料上时还没有达到最大速度或者刚好达到最大速度的情况,D正确.6.AD解析 圆环向下切割磁感线,由右手定则可判断,圆环中感应电流的方向为顺时针方向(俯视),A正确;由左手定则可判断,圆环受到的安培力向上,B错误;圆环中感应电动势为E=B2Rv,感应电流I=ER,电阻R=2Rr2=2Rr2,解得I=Bvr2,圆环

15、受到的安培力F=BI2R=2B22vRr2,圆环的加速度a=mg-Fm=g-2B22vRr2m,圆环的质量m=d2Rr2,解得加速度a=g-B2vd,C错误;当mg=F时,加速度a=0,速度最大,为vm=dgB2,D正确.7.(1)1.25 C4 (2)线框做初速度为0、加速度为0.2 m/s2的匀加速直线运动F=(0.2t+0.1) N(3)1.67 J解析 (1)根据q=It,由I-t图像得,q=1.25 C根据I=ER=tR=BL2tR解得R=4 (2)由图像可知,感应电流随时间变化的规律为I=0.1t(A)由感应电流I=BLvR可得,线框的速度随时间也是线性变化的,v=RIBL=0.2

16、t(m/s)线框做初速度为0的匀加速直线运动,加速度a=0.2 m/s2线框在外力F和安培力F安作用下做匀加速直线运动,F-F安=ma又F安=BIL解得F=(0.2t+0.1) N(3)线框从磁场中被拉出时的速度v1=at1=1 m/s由能量守恒定律得WF=Q+12mv12线框中产生的焦耳热Q=WF-12mv12=1.67 J8.(1)3 A方向为由b指向a(2)0.4 C(3)0.94 J解析 (1)设导体杆在F的作用下运动至磁场的左边界时的速度为v1,由动能定理得(F-mg)s=12mv12-0导体杆刚进入磁场时产生的感应电动势为E=Blv1此时通过导体杆的电流大小为I=ER+r解得I=3 A由右手定则可知,电流的方向为由b指向a.(2)=Bld,E=t,I=ER+r,q=It联立解得q=0.4 C.(3)由(1)可知,导体杆在F的作用下运动至磁场的左边界时的速度v1=6.0 m/s设导体杆通过半圆形轨道的最高位置时的速度为v,则有mg=mv2R0导体杆从刚进入磁场到滑至最高位置的过程中,由能量守恒定律得12mv12=Q+mg2R0+12mv2+mgd解得Q=0.94 J.