（江蘇專用）2020高考物理復(fù)習(xí)專題四電路與電磁感應(yīng)第三講電磁感應(yīng)綜合問(wèn)題——課前自測(cè)診斷卷.docx

第三講 電磁感應(yīng)綜合問(wèn)題課前自測(cè)診斷卷考點(diǎn)一電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題1.考查電磁感應(yīng)中轉(zhuǎn)動(dòng)桿的電路問(wèn)題多選(2019蘇州模擬)如圖所示，光滑導(dǎo)軌OMN固定，其中MN是半徑為L(zhǎng)的四分之一圓弧，O為圓心。OM、ON的電阻均為R，OA是可繞O轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬桿，A端位于MN上，OA與軌道接觸良好，空間存在垂直導(dǎo)軌平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B，MN、OA的電阻不計(jì)。則在OA桿由OM位置以恒定的角速度順時(shí)針轉(zhuǎn)到ON位置的過(guò)程中() AOM中電流方向?yàn)镺流向MB流過(guò)OM的電荷量為C要維持OA以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，外力的功率應(yīng)為D若OA轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，則流過(guò)OM的電荷量也變?yōu)樵瓉?lái)的2倍解析：選BCOA桿由OM位置以恒定的角速度順時(shí)針轉(zhuǎn)到ON位置的過(guò)程，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EBL2，則感應(yīng)電流大小恒定，由右手定則可得OM中電流方向?yàn)镸流向O，故A錯(cuò)誤；根據(jù)閉合電路歐姆定律可得OM中感應(yīng)電流I，則流過(guò)OM的電荷量為qIt，若OA轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，則流過(guò)OM的電荷量不變，故B正確，D錯(cuò)誤；OM的發(fā)熱功率PI2R，根據(jù)能量守恒可得外力的功率應(yīng)為P外2P，故C正確。2考查電磁感應(yīng)中導(dǎo)線框的電路問(wèn)題如圖，勻強(qiáng)磁場(chǎng)水平邊界的上方h5 m處有一個(gè)邊長(zhǎng)L1 m的正方形導(dǎo)線框從靜止開始下落。已知線框質(zhì)量m1 kg，電阻為R10 ，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1 T。當(dāng)線框的cd邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)(g取10 m/s2)：(1)求線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大?。?2)求cd兩點(diǎn)間的電勢(shì)差大??；(3)若線框此時(shí)加速度等于0，則線框電阻應(yīng)該變?yōu)槎嗌?？解析?1)cd邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，線框速度：v線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：EBLvBL10 V。(2)此時(shí)線框中電流：Icd切割磁感線相當(dāng)于電源，cd兩點(diǎn)間的電勢(shì)差即路端電壓：UIR7.5 V。(3)安培力FBIL根據(jù)牛頓第二定律：mgFma由a0，解得電阻R1 。答案：(1)10 V(2)7.5 V(3)1 考點(diǎn)二電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題3.考查感生與動(dòng)生中導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)近期大功率儲(chǔ)能技術(shù)受到媒體的廣泛關(guān)注，其中飛輪儲(chǔ)能是熱點(diǎn)之一。為說(shuō)明某種飛輪儲(chǔ)能的基本原理，將模型簡(jiǎn)化為如圖所示，光滑的“”型導(dǎo)軌水平放置，電阻不計(jì)，長(zhǎng)度足夠。軌道平行部分間距為L(zhǎng)1 m，導(dǎo)軌上靜止放置有長(zhǎng)度也為L(zhǎng)、質(zhì)量為m100 kg、電阻為R10.1 的導(dǎo)體棒AB。導(dǎo)軌間虛線框區(qū)域有垂直軌道平面向上的均勻變化磁場(chǎng)，虛線框右側(cè)區(qū)域有垂直軌道平面向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B10 T。圖中開關(guān)S接a，經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)時(shí)間，棒AB向右勻速運(yùn)動(dòng)，速度為v100 m/s，然后若將開關(guān)S接b，棒AB可作為電源對(duì)電阻R2供電，電阻R20.9 。(1)開關(guān)S接a，棒AB勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，虛線框中的磁場(chǎng)磁通量每秒鐘變化多少？(2)求開關(guān)S接b的瞬間棒AB加速度的大小。(3)求開關(guān)S接b后R2產(chǎn)生的總熱量Q。解析：(1)棒AB勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度為零，安培力為零，電流為零，磁通量不變，所以虛線框中磁場(chǎng)每秒增加BLvt1 000 Wb。(2)棒AB產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)EBLv1 000 V，電路中產(chǎn)生的電流I1 000 A，故受到的安培力為FBIL1104 N，根據(jù)牛頓第二定律可得a100 m/s2。(3)棒的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為電熱，故Q總mv25105 J，電阻R2上產(chǎn)生的電熱為QQ總4.5105 J。答案：(1)1 000 Wb(2)100 m/s2(3)4.5105 J4.考查電磁感應(yīng)中導(dǎo)線框的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題如圖所示，光滑斜面的傾角30，在斜面上放置一矩形線框abcd，ab邊的邊長(zhǎng)l11 m，bc邊的邊長(zhǎng)l20.6 m，線框的質(zhì)量m1 kg，電阻R0.1 。線框通過(guò)細(xì)線與重物相連，重物質(zhì)量M2 kg，斜面上ef線(efgh)的上方有垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.5 T。如果線框從靜止開始運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入磁場(chǎng)最初一段時(shí)間是勻速的，ef線和gh的距離s11.4 m(取g10 m/s2)，求：(1)線框進(jìn)入磁場(chǎng)前重物M加速度的大??；(2)線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)勻速運(yùn)動(dòng)速度v的大小。解析：(1)線框進(jìn)入磁場(chǎng)前，線框受到重力、細(xì)線的拉力T1、斜面的支持力，重物M受到重力和拉力T1。對(duì)線框由牛頓第二定律得T1mgsin ma對(duì)重物MgT1Ma由牛頓第三定律得T1T1聯(lián)立解得線框進(jìn)入磁場(chǎng)前重物M的加速度a5 m/s2。(2)因?yàn)榫€框進(jìn)入磁場(chǎng)的最初一段時(shí)間做勻速運(yùn)動(dòng)，所以重物受力平衡：MgT2線框受力平衡：T2mgsin BIl1由牛頓第三定律得T2T2，ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)切割磁感線，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)EBl1v線框中的電流I聯(lián)立上述各式得Mgmgsin ，代入數(shù)據(jù)解得v6 m/s。答案：(1)5 m/s2(2)6 m/s考點(diǎn)三電磁感應(yīng)中的能量問(wèn)題5.考查金屬棒在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題(2019南通一模)如圖甲所示，兩足夠長(zhǎng)的光滑平行導(dǎo)軌固定在水平面內(nèi)，處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)，一端連接阻值為R的電阻。一金屬棒垂直導(dǎo)軌放置，質(zhì)量為m，接入電路的電阻為r。在金屬棒中點(diǎn)對(duì)棒施加一個(gè)水平向右、平行于導(dǎo)軌的拉力，棒與導(dǎo)軌始終接觸良好，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，重力加速度為g。(1)若金屬棒以速度v0做勻速運(yùn)動(dòng)，求棒受到的拉力大小F1；(2)若金屬棒在水平拉力F2作用下，棒運(yùn)動(dòng)的速度v隨時(shí)間t按余弦規(guī)律變化，如圖乙所示，取水平向右為正方向，從t0時(shí)刻開始到第一次運(yùn)動(dòng)到最右端時(shí)的距離為x。求此過(guò)程中通過(guò)電阻R的電荷量q；(3)在(2)的情況下，求t0到t的過(guò)程中，整個(gè)回路產(chǎn)生的熱量Q以及拉力F2做的功W。解析：(1)棒勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EBLv0，形成的感應(yīng)電流I，受到的安培力F0ILB，由平衡條件有F1F0，聯(lián)立解得F1。(2)此過(guò)程回路產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)電阻R的電荷量qt，聯(lián)立解得q。(3)速度隨時(shí)間變化的關(guān)系為vv0cost，電路中產(chǎn)生交變電流，電動(dòng)勢(shì)的峰值EmBLv0，電動(dòng)勢(shì)的有效值E，產(chǎn)生的熱量Q，聯(lián)立解得Q，安培力做功WBQ，由動(dòng)能定理有WWB0mv02，解得Wmv02。答案：(1)(2)(3)mv026.考查金屬棒在變化的磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問(wèn)題如圖甲所示，平行光滑金屬導(dǎo)軌水平放置，兩導(dǎo)軌相距L0.4 m，導(dǎo)軌一端與阻值R0.3 的電阻相連，導(dǎo)軌電阻不計(jì)。導(dǎo)軌x0一側(cè)存在沿x軸正方向均勻增大的恒定磁場(chǎng)，其方向與導(dǎo)軌平面垂直向下，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨位置x變化如圖乙所示。一根質(zhì)量m0.2 kg、電阻r0.1 的金屬棒置于導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直，棒在外力F作用下從x0處以初速度v02 m/s沿導(dǎo)軌向右變速運(yùn)動(dòng)，且金屬棒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的安培力大小不變。求：(1)金屬棒在x1 m處速度的大??；(2)金屬棒從x0運(yùn)動(dòng)到x1 m過(guò)程中，外力F所做的功；(3)金屬棒從x0運(yùn)動(dòng)到x2 m過(guò)程中，流過(guò)金屬棒的電荷量。解析：(1)根據(jù)題意可知金屬棒所受的安培力大小不變，x0處與x1 m處安培力大小相等，有，即v1v02 m/s0.5 m/s。(2)金屬棒在x0處的安培力大小為：F安 N0.2 N對(duì)金屬棒從x0運(yùn)動(dòng)到x1 m過(guò)程中，根據(jù)動(dòng)能定理有：WFF安xmv12mv02代入數(shù)據(jù)解得：WF0.175 J。(3)流過(guò)金屬棒的電荷量qttx0到x2 m過(guò)程中，Bx圖像包圍的面積：Bx22，解得q C2 C。答案：(1)0.5 m/s(2)0.175 J(3)2 C7.考查導(dǎo)體棒在豎直面和斜面上的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題如圖甲所示，“”形線框豎直放置，電阻不計(jì)。勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向與線框平面垂直，一個(gè)質(zhì)量為m、阻值為R的光滑導(dǎo)體棒AB，緊貼線框下滑，所達(dá)到的最大速度為v。現(xiàn)將該線框和磁場(chǎng)同時(shí)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度放置在傾角為的斜面上，如圖乙所示。(1)在斜面上導(dǎo)體棒由靜止釋放，在下滑過(guò)程中，線框一直處于靜止?fàn)顟B(tài)，求導(dǎo)體棒最大速度的大??；(2)導(dǎo)體棒在下滑過(guò)程中線框保持靜止，求線框與斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)所滿足的條件(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力)；(3)現(xiàn)用一個(gè)恒力F2mgsin 沿斜面向上由靜止開始拉導(dǎo)體棒，通過(guò)距離s時(shí)導(dǎo)體棒已經(jīng)做勻速運(yùn)動(dòng)，線框保持不動(dòng)，求此過(guò)程中導(dǎo)體棒上產(chǎn)生的焦耳熱。解析：(1)導(dǎo)體棒受到的安培力FBIL，線框豎直放置時(shí)，由平衡條件得：mg，線框在斜面上時(shí)，由平衡條件得mgsin ，解得vvsin 。(2)設(shè)