2020年高考物理100考點最新模擬題千題精練專題4.11電磁感應中的能量問題(基礎篇)(解析版)

1、2020年高考物理100考點最新模擬題千題精練（選修 3-2）第四部分電磁感應專題4.11電磁感應中的能量問題（基礎篇）1 .（多選）如圖所示，豎直放置的 口”形光滑導軌寬為 L,矩形勻強磁場I、n的高和間距均為d,磁感應強.金屬桿在導軌間的電阻為R,與度為B.質(zhì)量為m的水平金屬桿由靜止釋放，進入磁場I和n時的速度相等導軌接觸良好，其余電阻不計，重力加速度為g.金屬桿（）A.剛進入磁場I時加速度方向豎直向下C.穿過兩磁場產(chǎn)生的總熱量為 4mgdB.穿過磁場I的時間大于在兩磁場之間的運動時間 m2gR2D.釋放時距磁場I上邊界的圖度h可能小于9 J, 42B L【名師解析】 穿過磁場I后，金屬桿

2、在磁場之間做加速運動，在磁場n上邊緣速度大于從磁場I出來時的速度，即進入磁場I時的速度等于進入磁場n時的速度，大于從磁場I出來時的速度，金屬棒在磁場I中做減速運動，加速度方向向上，A錯誤；金屬棒在磁場I中做減速運動，由牛頓第二定律知 BIL-mg =-B-L-vR-mg=ma, a隨著減速過程逐漸變小，即在前一段做加速度減小的減速運動，在磁場之間做加速度為勻加速直線運動，兩個過程位移大小相等，由vt圖象（可能圖象如圖所示）可以看出前一段用時多于后一段由于進入兩磁場時速度相等，由動能定理知,W安 1 mg 2d= 0,W 安 i = 2mgd.即通過磁場I產(chǎn)生的熱量為 2mgd,故穿過兩磁場產(chǎn)生

3、的總熱量為4mgd, C正確;1 C _設剛進入磁場I時速度為V,則由機械能守恒定律知mgh = T1mv2,進入磁場時 BIL mg = B R v mg= ma,D錯誤.22_2由式得h=r舌與2 .如圖所示，光滑斜面的傾角為依斜面上放置一次I形導體線框abcd, ab邊的邊長為li, bc邊的邊長為 12,線框的質(zhì)量為 m,電阻為R,線框通過絕緣細線繞過光滑的定滑輪與一重物相連，重物質(zhì)量為B,如果線框從靜止開始運動，進入上ef線（ef平行底邊）的右方有垂直斜面向上的勻強磁場，磁感應強度為磁場的最初一段時間是做勻速運動的，且線框的ab邊始終平行于底邊，則下列說法正確的是（）A .線框進入磁

4、場前運動的加速度為Mg mgsin (B .線框進入磁場時勻速運動的速度為(Mg mgsin 0) RC.線框做勻速運動的總時間為Bl1B2l2Mg mgRsin 0D.該勻速運動過程中產(chǎn)生的焦耳熱為(Mg mgsin 削2【名師解析】由牛頓第二定律得,Mg mgsin 0= （M + m）a,解得線框進入磁場前運動的加速度為F詈，A錯誤;由平衡條件，Mg - mgsin。一 F 安=0, F 安=BI11, I=R, E=Blw,聯(lián)立解得線框進入磁場時勻速運動的速度為(Mg mgsin 0) RB212,B錯誤；線框做勻速運動的總時間為t/ vB21212(Mg mgsin 0) R,C錯誤

5、；由能量守恒定律，該勻速運動過程中產(chǎn)生的焦耳熱等于系統(tǒng)重力勢能的減小量，為(Mg mgsin l2, D 正確.3.兩根足夠長的光滑導軌豎直放置，間距為 L,頂端接阻值為 R的電阻.質(zhì)量為m、電阻為r的金屬棒在距磁場上邊界某處由靜止釋放，金屬棒和導軌接觸良好，導軌所在平面與磁感應強度大小為B,方向垂直紙面向里的勻強磁場垂直，如圖所示，不計導軌的電阻，重力加速度為g,則下列說法錯誤的是（）A .金屬棒在磁場中運動時，流過電阻R的電流方向為b-aB.金屬棒的速度為 v時，金屬棒所受的安培力大小為B2L2vR+ r.、 mg (R+ r)C.金屬棒的最大速度為一-D.金屬棒以穩(wěn)定的速度下滑時，電阻R

6、的熱功率為mf2R【名師解析】金屬棒在磁場中向下運動時，由楞次定律知,流過電阻金屬棒的速度為 v時，金屬棒中感應電動勢 E=BLv,感應電流1 =R的電流方向為b-a,選項A正確;工,所受的安培力大小為 F= BIL = B-L-v,R+ rR+ rBL選項B正確；當安培力F = mg時，金屬棒下滑速度最大，金屬棒的最大速度為v= mg 梟r),選項c錯R+ r),電阻R的熱功率為 盥;B L誤；金屬棒以穩(wěn)定的速度下滑時，電阻R和r的總熱功率為P = mgv= 2R,選項D正確.4 . (2016河南開封一模)如右圖所示，足夠長的光滑導軌傾斜放置，導軌寬度為 L,其下端與電阻R連接;導體棒ab

7、電阻為r,導軌和導線電阻不計，勻強磁場豎直向上。若導體棒ab以一定初速度v下滑，則關于ab棒下列說法中正確的為()A.所受安培力方向水平向右B.可能以速度v勻速下滑C.剛下滑的瞬間ab棒產(chǎn)生的電動勢為 BLv D.減少的重力勢能等于電阻R上產(chǎn)生的內(nèi)能【參考答案】AB【考點】本題考查了電磁感應、安培力、法拉第電磁感應定律、平衡條件、能量守恒定律及其相關的知識點°【解題思路】導體棒 ab以一定初速度v下滑，切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢和感應電流，由右手定則可判斷出電流方向為從b到a,由左手定則可判斷出ab棒所受安培力方向水平向右，選項A正確。當mgsin 0=BILcos。時，沿導軌方向合外

8、力為零， 可以速度v勻速下滑，選項B正確。由于速度方向與磁場方向夾角為（90°+。,剛下滑的瞬間ab棒產(chǎn)生的電動勢為 E=BLvcos0,選項C錯誤。由于ab棒不一定勻速下滑，由能量守恒定 律，ab棒減少的重力勢能不一定等于電阻R上產(chǎn)生的內(nèi)能，選項 D錯誤。【易錯點撥】解答此題常見錯誤主要有：一是沒有認真審題，沒有將圖與題述結(jié)合考慮，ab棒下滑，認為所受安培力沿斜面向上，漏選 A;二是沒有考慮到速度方向與磁場方向不垂直，誤選 C;三是沒有考慮到 ab棒可能加速運動或減速運動，誤選D。5 .CD、EF是兩條水平放置的電阻可忽略的平行金屬導軌，導軌間距為L,在水平導軌的左側(cè)存在磁感應強度

9、方向垂直導軌平面向上的勻強磁場，磁感應強度大小為B,磁場區(qū)域的長度為 d,如圖5所示。導軌的右端接有一電阻 R,左端與一彎曲的光滑軌道平Vt連接。將一阻值也為R的導體棒從彎曲軌道上 h高處由靜止釋放，導體棒最終恰好停在磁場的右邊界處。已知導體棒與水平導軌接觸良好，且動摩擦因數(shù)為的則下列說法中正確的是（）A.電阻R的最大電流為 叫2ghB.流過電阻R的電荷量為 喈RRA.線框進入磁場的過程，b點的電勢比a點高 B.線框進入磁場的過程一定是減速運動C.線框中產(chǎn)生的焦耳熱小于線框減少的機械能D.線框從不同高度下滑時，進入磁場過程中通過線框?qū)Ь€橫截面的電荷量相等 【參考答案】 D【名師解析】線框進入磁

10、場的過程，ab邊相當于電源，由右手定則知a點電勢高于b點電勢，選項 A錯誤；線框進入磁場的過程中可以減速、加速或勻速，選項 B錯誤；由能量守恒知線框中產(chǎn)生的焦耳熱等于22線框減少的機械能，選項 C錯誤；通過導線橫截面的電荷量q= I 笄BL- kBL-,與下落高度無關，選R tR項D正確。 二.計算題1. (2018福建省南平市適應性檢測)如圖所示，一對平行的粗糙金屬導軌固定于同一水平面上，導軌間距L=0.2 m,左端接有阻值 R=0.3 觥電阻，右側(cè)平滑連接一對彎曲的光滑軌道.僅在水平導軌的整個區(qū)域內(nèi)存在豎直向上的勻強磁場，磁感應強度大小B= 1.0 T.一根質(zhì)量 m= 0.2 kg、電阻r

11、 = 0.1 的金屬棒ab垂直放置于導軌上，在水平向右的恒力F作用下從靜止開始運動，當金屬棒通過位移x=9m時離開磁場，在離開磁場前已達到最大速度.當金屬棒離開磁場時撤去外力F,接著金屬棒沿彎曲軌道上升到最大高度h=0.8 m處.已知金屬棒與導軌間的動摩擦因數(shù)科=0.1,導軌電阻不計，棒在運動過程中始終與導軌垂直且與導軌保持良好接觸，取 g =10 m/s2求：(1)金屬棒運動的最大速率 v;(2)金屬棒在磁場中速度為；時的加速度大??；(3)金屬棒在磁場區(qū)域運動過程中，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱【答案】 見解析【解析】(1)金屬棒從出磁場到上升到彎曲軌道最高點，根據(jù)機械能守恒定律得:；mv2= mg

12、h 由得：v= 2 2gh = 4 m/sI ,根據(jù)平衡條件得(2)金屬棒在磁場中做勻速運動時，設回路中的電流為F = BIL+ mgBLv R+r聯(lián)立式得F= 0.6 N金屬棒速度為2時，設回路中的電流為I；根據(jù)牛頓第二定律得F BILm g= ma =BLv.R+ r聯(lián)立得：a= 1 m/s2(3)設金屬棒在磁場區(qū)域運動過程中，回路中產(chǎn)生的焦耳熱為Q,根據(jù)功能關系：12 ,Fx =mgX £mv + Q則電阻R上的焦耳熱QR=-RQR+ r聯(lián)立解得：QR=1.5 J.2. (13分)(2019湖北黃岡三模) 如圖所示，兩光滑的平行金屬導軌間距為L= 0.5m,與水平面成 仁30&

13、#176;角。區(qū)域ABCD、CDFE內(nèi)分別有寬度為 d= 0.2m垂直導軌平面向上和向下的勻強磁場，磁感應強度均為 B =0.6T .細金屬棒Pi、P2質(zhì)量土勻為 m = 0.1kg,電阻均為r= 0.3 Q,用長為d的輕質(zhì)絕緣細桿垂直 P1、P2將其固定，并使 R、P2垂直導軌放置在導軌平面上與其接觸良好，導軌電阻不計。用平行于導軌的拉力F將P1、P2以恒定速度v= 2m/s向上穿過兩磁場區(qū)域， g取10m/s2.求：(1)金屬棒Pi在ABCD磁場中運動時，拉力 F的大?。?2)從金屬棒P1進入磁場到P2離開磁場的過程中，拉力 F的最大功率;(3)從金屬棒Pi進入磁場到P2離開磁場的過程中，

14、電路中產(chǎn)生的熱量。【名師解析】(1) P1棒在磁場中運動時產(chǎn)生的電動勢為：E=BLv代入數(shù)據(jù)解得：E=0.6V回路中的感應電流為：i=_L2r得：I=1A由平衡條件得：Fi = 2mgsin。+BIL得：Fi = 1.3N(2)當Pi、P2兩棒均在磁場中運動時，拉力F的功率最大，拉力為：F2= 2mgsin 0 +4BIL得：F2 = 2.2N拉力F的最大功率為：P=F2v解得：p= 4.4W。(3)由焦耳定律得電路中產(chǎn)生的熱量為：q= I2 (2r)0 + (2I) 2 (2r) W VV解得：Q=0.36J。答：(1)金屬棒Pi在ABCD磁場中運動時，拉力 F的大小是1.3N;(2)從金屬

15、棒Pi進入磁場到P2離開磁場的過程中，拉力F的最大功率是4.4W;(3)從金屬棒Pi進入磁場到P2離開磁場的過程中，電路中產(chǎn)生的熱量是0.36J。3. (18) (2019江西南昌三模)如圖所示，質(zhì)量為 2m的半圓弧形絕緣凹槽放置在光滑的水平面上，凹槽部分放有cd和cf兩個光滑圓形導軌，c與e端由導線連接，一質(zhì)量為 m的導體棒自ce端的正上方h處平行ce端進入凹槽，整個裝置處于范圍足夠大的豎直方向的勻強磁場中，導體棒在槽內(nèi)運動過程中與導軌接觸良好。已知磁場的磁感應強度B,導軌的間距與導體棒的長度均為L,導軌的半徑r,導體棒的電阻 R,其余電阻均不計，重力加速度 g,不計空氣阻力。(i)求導體棒

16、剛進入凹槽時速度和所受安培力的大??；(2)求導體棒從開始下落到最終靜止的過程中克服安培力做的功；(3)若導體棒從開始下落到第一次通過導軌最低點的過程中產(chǎn)生的熱量為Q,求導體棒第一次通過最低點時回路中的電功率。【命題意圖】本題以導體棒沿半圓弧形絕緣凹槽運動切割磁感線為情景，考查法拉第電磁感應定律、閉合電路歐姆定律、安培力、能量守恒定律、電功率及其相關知識點?！窘忸}思路】(1)根據(jù)機械能守恒定律，可得：2解得導體棒剛進入凹槽時的速度大小為：感應電動勢大小為 E=BLv±=0,感應電流大小為：工之二0，R導體棒剛進入凹槽時所受的安培力大小為：F= BIL =0;(2)導體棒在凹槽導軌上運動

17、過程中發(fā)生電磁感應現(xiàn)象，產(chǎn)生感應電流，最終整個系統(tǒng)處于靜止，圓柱體停在凹槽最低點，根據(jù)能量守恒定律可知，整個過程中克服安培力做功等于系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量為：W=Q=mg (h+r);(3)設導體棒第一次通過最低點時速度大小為vi,凹槽速度大小為 V2,導體棒在凹槽內(nèi)運動時系統(tǒng)在水平方向動量守恒，故有：mvi = 2m?V2,由能量守恒可得：mg導體棒第一次通過最低點時感應電動勢為：E= BL ( V1+V2)回路電功率為：,聯(lián)立解得：p二羽紅正仇+好期.用答：(1)求導體棒剛進入凹槽時的速度大小為/辱，安培力大小為0;(2)求導體棒從開始下落到最終靜止的過程中系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量為mg (h+r);(3)

18、導體棒第一次通過最低點時回路中的電功率為3B L式h+r)-Q；rriR4.如圖甲所示為手機無線充電工作原理的示意圖，由送電線圈和受電線圈組成.已知受電線圈的匝數(shù)為n=50匝，電阻r= 1.0 Q,在它的c、d兩端接一阻值 R= 9.0 的電阻.設在受電線圈內(nèi)存在與線圈平面垂直的磁場，其磁通量隨時間按圖乙所示的規(guī)律變化，可在受電線圈中產(chǎn)生電動勢最大值為20 V的正弦交流電，設磁場豎直向上.求:甲乙,- 3.一-. - 、 一 一一、一. .，、.一 一一、.一-、.在t=兀x 10s時，受電線圈中廣生電流的大小，c、d兩端哪端電勢局?(2)在一個周期內(nèi)，電阻 R上產(chǎn)生的熱量;從tl到t2時間內(nèi)

19、，通過電阻 R的電荷量.【參考答案】(1)2.0 A c端電勢高(2)5.7 10 2 J(3)2 10 3 C【名師解析】(1)由題圖乙知t=TtX1G s時受電線圈中產(chǎn)生的電動勢最大，為Em=20 V線圈中產(chǎn)生感應電流的大小為Ii= Im=REr=2.0 A由楞次定律可以得到此時C端電勢高(2)通過電阻的電流的有效值為1 =卷=服A電阻在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q= I2RT- 5.7 x f(J一一 r ,、， r , 一 一，一 線圈中感應電動勢的平均值E =nE通過電阻R的電流的平均值為 T =-一，通過電阻R的電荷量q = T - tXR+ r由題圖乙知，在T34r的時間內(nèi)，A=4M0

20、-4 Wb解得 q=n=2M0-3 CR+r5.如圖所示，將質(zhì)量 mi = 0. 1kg、電阻R1 = 0. 3 、長度l = 0. 4 m的導體棒ab橫放在U形金屬框架上，框架質(zhì)量 m2=0. 2 kg,放在絕緣水平面上，與水平面間的動摩擦因數(shù)產(chǎn)0. 2,相距0. 4 m的MM'、NN相互平行，電阻不計且足夠長.電阻R2=0. 1 的MN垂直于MM'.整個裝置處于豎直向上的勻強磁場中，磁感應強度 B=0. 5 T .垂直于ab施加F = 2 N的水平恒力，使ab從靜止開始無摩擦地運動，且始終與MM '、NN保持良好接觸，當 ab運動到某處時，框架開始運動.設框架與水平

21、面間的最大靜摩擦力等 于滑動摩擦力，g取10 m/s2.(1)求框架開始運動時 ab速度v的大小；(2)從ab開始運動到框架開始運動的過程中，MN上產(chǎn)生的熱量 Q=0. 1 J,求該過程中ab位移x的大小.【參考答案】(1)6 m/s (2)1. 1 m【名師解析】(1)ab對框架白壓力F= m1g框架受水平面的支持力Fn= m2g+ F1依題意，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，則框架受到的最大靜摩擦力ab中的感應電動勢 E=BlvMN中的電流I-晨Ri 十 R2MN受到的安培力 F安=I舊框架開始運動時 F安=52由上述各式代入數(shù)據(jù)解得v= 6 m/s.(2)閉合回路中產(chǎn)生的總熱量Ri + R2

22、Q總二七一QR2由能量守恒定律，得Fx = 2miv2 + Q 總代入數(shù)據(jù)解得x= 1.1 m.6.如圖4(a)所示，斜面傾角為 37°, 一寬為d=0.43 m的有界勻強磁場垂直于斜面向上，磁場邊界與斜面底邊平行。在斜面上由靜止釋放一長方形金屬線框，線框沿斜面下滑，下邊與磁場邊界保持平行。取斜面底部為零勢能面，從線框開始運動到恰好完全進入磁場的過程中，線框的機械能E和位移x之間的關系如圖(b)所示，圖中、均為直線段。已知線框的質(zhì)量為m= 0.1 kg,電阻為 R= 0.06 Q,重力加速度取 g= 10m/s2, sin 37=0.6, cos 37=0.8。(1)求金屬線框與斜面間的動摩擦因數(shù)叵(2)求金屬線框剛進入磁場到恰好完全進入磁場所用的時間t;(3)求金屬線框穿越磁場的過程中，線框中產(chǎn)生焦耳熱的最大功率Pm?！久麕熃馕觥?1)由能量守恒定律可知，線框減少的機械能等于克服摩擦力所做的功，則AE1 = Wf1 =科 mgos 37 X1其中 x1 = 0.36 m, AE1= (0.900 0.756) J= 0.144 J可解得尸0.5(2)金屬線框進入磁場的過程中，減少的機械能等于克服摩擦力和安培力所做的功，機械能仍均勻減少，因 此安培力也為恒力，線框做勻速運動v2 = 2ax1,其中 a = gsin 37 科 cos 37 = 2 m/s2可解