2020年高考物理二輪專項訓(xùn)練卷 專題19 電磁感應(yīng)中的動力學(xué)、能量與電路的綜合考查

1、2020年高考物理二輪專項訓(xùn)練卷專題十九、電磁感應(yīng)中的動力學(xué)、能量與電路的綜合考查1.如圖，足夠長的u形光滑金屬導(dǎo)軌平面與水平面成角(00一側(cè)存在沿x方向均勻增大的穩(wěn)恒磁場，其方向與導(dǎo)軌平面垂直，變化率k0.5t/m，x0處磁場的磁感應(yīng)強度b00.5t。一根質(zhì)量m0.1kg、電阻r0.05的金屬棒置于導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直。棒在外力作用下從x0處以初速度v02m/s沿導(dǎo)軌向右運動，運動過程中電阻上消耗的功率不變。求：3eblv00.50.42rrrr0.150.05b0v0b0kxv20.52m/sm/s。安培力做功w安f0f2x2j1.6j。(1)回路中的電流；(2)金屬棒在x2m處的速度；(

2、3)金屬棒從x0運動到x2m過程中安培力做功的大??；(4)金屬棒從x0運動到x2m過程中外力的平均功率。2【答案】(1)2a(2)m/s(3)1.6j(4)0.71w【解析】(1)電路中電阻消耗的功率不變，即回路中的電流不變i0a2a。(2)b2b0kx(0.50.52)t1.5t電流不變，即回路的感應(yīng)電動勢不變，即b0lv0(b0kx)lvxvx20.50.523(3)安培力fbil(b0kx)il(0.50.5x)20.40.40.4x0.40.40.4222第7頁共15頁w外mv22mv20w安0.120.1221.6j1.42j1w1.42外力的平均功率p外w0.71w。9.如圖所示，

3、電阻不計的兩光滑金屬導(dǎo)軌相距l(xiāng)，放在絕緣水平桌面上，半徑為r的圓弧部分處在豎直平110(4)由動能定理得w外w安2mv22mv2，則112122232安培力的功率與回路的電功率相等，即：p安i2(rr)22(0.150.05)w0.8w時間tw安1.6s2sp安0.8t214面內(nèi)，水平直導(dǎo)軌部分處在磁感應(yīng)強度為b、方向豎直向下的勻強磁場中，末端與桌面邊緣平齊。兩金屬棒ab、cd垂直于兩導(dǎo)軌且與導(dǎo)軌接觸良好。棒ab質(zhì)量為2m，電阻為r，棒cd的質(zhì)量為m，電阻為r。重力加速度為g。開始棒cd靜止在水平直導(dǎo)軌上，棒ab從圓弧頂端無初速度釋放，進入水平直導(dǎo)軌后與棒cd始終沒有接觸并一直向右運動，最后兩

4、棒都離開導(dǎo)軌落到地面上。棒ab與棒cd落地點到桌面邊緣的水平距離之比為31.求：(1)棒ab和棒cd離開導(dǎo)軌時的速度大?。?2)棒cd在水平導(dǎo)軌上的最大加速度；(3)兩棒在導(dǎo)軌上運動過程中產(chǎn)生的焦耳熱。772mr4962b2l22gr22【答案】：(1)2gr2gr(2)(3)mgr【解析】：(1)設(shè)ab棒進入水平導(dǎo)軌的速度為v1，ab棒從圓弧導(dǎo)軌滑下機械能守恒，有第8頁共15頁2r根據(jù)牛頓第二定律，cd棒的最大加速度afcd2mr(3)根據(jù)能量守恒定律，兩棒在導(dǎo)軌上運動過程產(chǎn)生的焦耳熱q2mv212mv12mv22mgr2112mgr22mv2離開導(dǎo)軌時，設(shè)ab棒的速度為v1，cd棒的速度為

5、v2，ab棒與cd棒在水平導(dǎo)軌上運動，動量守恒，有2mv12mv1mv2依題意v1v2，兩棒離開導(dǎo)軌做平拋運動的時間相等，由平拋運動水平位移xvt可知v1v2x1x231622gr，v2聯(lián)立以上各式解得v1772gr(2)ab棒剛進入水平導(dǎo)軌時，cd棒受到的安培力最大，此時它的加速度最大，設(shè)此時回路的感應(yīng)電動勢為e，則eblv1，eicd棒受到的安培力fcdbilmb2l22gr聯(lián)立以上各式解得a11122224910.(多選)如圖所示，阻值為r的金屬棒從圖示ab位置分別以v1、v2的速度沿光滑導(dǎo)軌(電阻不計)勻速滑到ab位置，若v1v212，則在這兩次過程中()，iv，則得：i1i2v1v2

6、12，故a正確；產(chǎn)生的熱量為：【解析】回路中感應(yīng)電流為：i2r，qv，則得：q1q2v1v212，故b正確；通過任一截面的電荷量為：qqi2rta回路電流i1i212b產(chǎn)生的熱量q1q212c通過任一截面的電荷量q1q212d外力的功率p1p212【答案】abeblvrrblvsb2l2svrvr第9頁共15頁itblv耗的電功率，即得：pi2rblv2r，pv2，則得：pp14，故d錯誤。blstrr，q與v無關(guān)，則得：q1q211，故c錯誤；由于棒勻速運動，外力的功率等于回路消r1211.(2019大連模擬)如圖所示，上下不等寬的平行導(dǎo)軌，ef和gh部分導(dǎo)軌間的距離為l，pq和mn部分的導(dǎo)

7、軌間距為3l，導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為30，整個裝置處在垂直于導(dǎo)軌平面的勻強磁場中。金屬桿ab和cd的質(zhì)量均為m，都可在導(dǎo)軌上無摩擦地滑動，且與導(dǎo)軌接觸良好，現(xiàn)對金屬桿ab施加一個沿導(dǎo)軌平面向上的作用力f，使其沿斜面勻速向上運動，同時cd處于靜止?fàn)顟B(tài)，則f的大小為()a.mgbmg23c.mgdmg4332fmg，故a正確?！敬鸢浮浚篴【解析】：設(shè)ab桿向上做切割磁感線運動時，產(chǎn)生感應(yīng)電流大小為i，受到安培力大小為：f安bil，對于cd，由平衡條件有：bi3lmgsin30，對于ab桿，由平衡條件有：fmgsin30bil，綜上可得：2312.(多選)如圖所示，水平放置的粗糙u形框架上接一個阻

8、值為r0的電阻，放在垂直紙面向里、磁感應(yīng)強度大小為b的勻強磁場中。一個半徑為l、質(zhì)量為m的半圓形硬導(dǎo)體ac在水平向右的恒定拉力f作用下，由靜止開始運動距離d后速度達到v，半圓形硬導(dǎo)體ac的電阻為r，其余電阻不計。下列說法正確的是()b此時ac兩端電壓為uacblvr0c此過程中電路產(chǎn)生的電熱為qfdmv2aa點的電勢高于c點的電勢r0r12第10頁共15頁d此過程中通過電阻r0的電荷量為q為e2blv，ac兩端的電壓為uacer02blv0r0r0rr0r2(r0r)tr0r2bldr0r【答案】：ad【解析】：根據(jù)右手定則可知，a點相當(dāng)于電源的正極，電勢高，a正確；穩(wěn)定后，ac產(chǎn)生的感應(yīng)電動

9、勢1，b錯誤；由功能關(guān)系得fdmv2qqf，c錯誤；此過2bld2bld程中平均感應(yīng)電流為i，通過電阻r0的電荷量為qit，d正確。13.如圖所示，質(zhì)量為m0.1kg粗細(xì)均勻的導(dǎo)線，繞制成閉合矩形線框，其中長lac50cm，寬lab20cm，豎直放置在水平面上。中間有一磁感應(yīng)強度b1.0t，磁場寬度d10cm的勻強磁場。線框在水平向右的恒力f2n的作用下，由靜止開始沿水平方向運動，使ab邊進入磁場，從右側(cè)以v1m/s的速度勻速運動離開磁場，整個過程中始終存在大小恒定的阻力f阻1n，且線框不發(fā)生轉(zhuǎn)動。求線框ab邊：(2)線框進入磁場前，根據(jù)牛頓第二定律得：ff阻ma，aff阻m(1)離開磁場時感

10、應(yīng)電流的大?。?2)剛進入磁場時感應(yīng)電動勢的大??；(3)穿越磁場的過程中安培力所做的總功的大小?！敬鸢浮浚?1)5a(2)0.4v(3)0.25j【解析】：(1)線框離開磁場時已經(jīng)勻速運動，根據(jù)平衡條件可得：ff阻bilab所以iff阻5ablab10m/s20設(shè)線框ab邊剛進入磁場時速度大小為v0，根據(jù)勻變速直線運動的公式得：v22ax解得：v02m/s線框進入磁場時感應(yīng)電動勢為：eblabv00.4v110(3)線框在穿越磁場的過程中，運用動能定理得：(ff阻)dw2mv22mv2解得：w0.25j，即安培力所做的總功的大小為0.25j。14(2019洛陽市高中三年級模擬)如圖所示，兩條足

11、夠長的平行金屬導(dǎo)軌相距為l，與水平面的夾角為，整個空間存在垂直于導(dǎo)軌平面的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小均為b，虛線上方軌道光滑且磁場方向垂直于導(dǎo)軌平面向上，虛線下方軌道粗糙且磁場方向垂直于導(dǎo)軌平面向下。在導(dǎo)體棒ef以初速度v0沿導(dǎo)軌上滑至最大高度的過程中，導(dǎo)體棒mn一直靜止在導(dǎo)軌上。若已知兩導(dǎo)體棒質(zhì)量均為m，電阻均為r，導(dǎo)體棒ef上滑的最大位移為x，導(dǎo)軌電阻不計，空氣阻力不計，重力加速度為g，試求在導(dǎo)體棒ef上滑的整個過程中：第11頁共15頁b2l2v0blx12rffb2l2v02r(2)設(shè)在導(dǎo)體棒ef減速上滑的整個過程中經(jīng)歷的時間為t，則產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動勢：eblx(1)導(dǎo)體棒mn受到的最大

12、摩擦力；(2)通過導(dǎo)體棒mn的電荷量；(3)導(dǎo)體棒mn產(chǎn)生的焦耳熱。12r2rmv20【答案】：(1)mgsin(2)(3)42mgxsin【解析】：(1)對mn受力分析可知，mn受到的安培力fa沿斜面向下，所以靜摩擦力ff沿斜面向上，所以有：famgsinff可見，當(dāng)ef向上的速度為v0時，靜摩擦力最大。此時導(dǎo)體棒ef產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢：eblv0e感應(yīng)電流：i導(dǎo)體棒mn受到的安培力：fabil由以上各式聯(lián)立可解得導(dǎo)體棒mn受到的最大摩擦力：mgsinte平均感應(yīng)電流：i2r由以上各式聯(lián)立可解得：qblx通過導(dǎo)體棒mn的電荷量：qit2r(3)設(shè)在導(dǎo)體棒ef上滑的整個過程中克服安培力做的功為w

13、，則由動能定理可得：第12頁共15頁10mgxsinw02mv2電路中產(chǎn)生的總焦耳熱：q總w則導(dǎo)體棒mn產(chǎn)生的焦耳熱：1q2q總110由以上各式聯(lián)立可解得：q4mv22mgxsin15.如圖所示，兩根足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌mn、pq相距為l0.1m，導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為30，導(dǎo)軌上端連接一定值電阻r0.3，導(dǎo)軌的電阻不計，整個裝置處于方向垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強磁場中。長為l的金屬棒cd垂直于mn、pq放置在導(dǎo)軌上，且與導(dǎo)軌保持良好的接觸，金屬棒的質(zhì)量為m0.2kg，電阻為r0.1?，F(xiàn)將金屬棒從緊靠nq處由靜止釋放，當(dāng)金屬棒沿導(dǎo)軌下滑距離為x12m時，速度達到最大值vm10m/s(重力加

14、速度g取10m/s2)，求：12b02.5t210t12回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流ie(1)勻強磁場的磁感應(yīng)強度b的大?。?2)金屬棒沿導(dǎo)軌下滑距離為12m的過程中，整個電路產(chǎn)生的焦耳熱q及通過金屬棒截面的電荷量q；(3)若將金屬棒下滑12m的時刻記作t0，假設(shè)此時的磁感應(yīng)強度b0為已知，從此時刻起，讓磁感應(yīng)強度逐漸減小，可使金屬棒中不產(chǎn)生感應(yīng)電流。請用b0和t表示出這種情況下磁感應(yīng)強度b變化的表達式?！敬鸢浮?1)2t(2)2j6c(3)b【解析】(1)金屬棒達最大速度時產(chǎn)生的電動勢eblvmrr金屬棒所受安培力f安bilcd棒受力如圖所示，當(dāng)所受合外力為零時，下滑的速度達到最大，即mgsinf安

15、由以上四式解得：bmgsin(rr)vm1l，代入數(shù)據(jù)得b2t。1m(2)由能量守恒定律可得：mgxsin2mv2q第13頁共15頁blxt，解得：q2jqiterrrrrrb0x12b02.5t210t12解得：b。代入數(shù)據(jù)得：q6c。(3)金屬棒從t0起運動的加速度大小為a，由牛頓第二定律有mgsinma，解得：agsin5m/s2因為不產(chǎn)生電流，所以磁通量不變：1b0lxblxvmt2at21xvmt2at216.相距l(xiāng)1.5m的足夠長金屬導(dǎo)軌豎直放置，質(zhì)量為m11kg的金屬棒ab和質(zhì)量為m20.27kg的金屬棒cd均通過棒兩端的套環(huán)水平地套在金屬導(dǎo)軌上，如圖a所示，虛線上方磁場方向垂直

16、紙面向里，虛線下方磁場方向豎直向下，兩處磁場磁感應(yīng)強度大小相同，ab棒光滑，cd棒與導(dǎo)軌間動摩擦因數(shù)為0.75，兩棒總電阻為1.8，導(dǎo)軌電阻不計。t0時刻起，ab棒在方向豎直向上，大小按圖b所示規(guī)律變化的外力f作用下，由靜止沿導(dǎo)軌向上勻加速運動，同時也由靜止釋放cd棒。(1)求磁感應(yīng)強度b的大小和ab棒加速度大小；(2)已知在2s內(nèi)外力f做功40j，求這一過程中兩金屬棒產(chǎn)生的總焦耳熱；(3)判斷cd棒的運動過程；求出cd棒達到最大速度所對應(yīng)的時刻t1；在圖(c)中畫出前5秒內(nèi)cd棒所受摩擦力fcd隨時間變化的圖象?！敬鸢浮?1)1.2t1m/s2(2)18j(3)見解析t12s見解析圖【解析】(1)經(jīng)過時間t，金屬棒ab的速率為vat，此時，回路中的感應(yīng)電流為i。對金屬棒整理得：fm1am1gat。eblvrrab，由牛頓第二定律得，fbilm1gm1a。b2l2r根據(jù)圖b中可得：t10時，f111n；t22s時，f214.6n。第14頁共15頁代入fm1am1gr所發(fā)生的位移sat22m，eblvmm2grb2l2at可以求得，a1m/s2，b1.2t。(2)在2s末金屬棒ab的速率vtat2m/s，1212由